JPH0574221B2 - - Google Patents

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JPH0574221B2
JPH0574221B2 JP56166180A JP16618081A JPH0574221B2 JP H0574221 B2 JPH0574221 B2 JP H0574221B2 JP 56166180 A JP56166180 A JP 56166180A JP 16618081 A JP16618081 A JP 16618081A JP H0574221 B2 JPH0574221 B2 JP H0574221B2
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JP
Japan
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mask
field effect
gate electrode
semiconductor device
insulating film
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Shunpei Yamazaki
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、絶縁表面を有する基板上に非単結晶
半導体層を用いた絶縁ゲート型電界効果半導体装
置の作製方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for manufacturing an insulated gate field effect semiconductor device using a non-single crystal semiconductor layer on a substrate having an insulating surface.

本発明は、前記絶縁表面を有する基板上にプラ
ズマCVD法等の堆積法により前記非単結晶半導
体層を堆積し、この非単結晶半導体層の特性を利
用するものである。
In the present invention, the non-single crystal semiconductor layer is deposited on the substrate having the insulating surface by a deposition method such as plasma CVD, and the characteristics of this non-single crystal semiconductor layer are utilized.

すなわち、本発明は、従来の絶縁ゲート型電界
効果半導体に比べて、特性の安定性に極めて優れ
た絶縁ゲート型電界効果半導体装置の作製方法に
関するものである。
That is, the present invention relates to a method for manufacturing an insulated gate field effect semiconductor device which has extremely superior stability of characteristics compared to conventional insulated gate field effect semiconductors.

また、本発明は、製造の容易性に極めて優れた
絶縁ゲート型電界効果半導体装置の作製方法に関
するものである。
The present invention also relates to a method for manufacturing an insulated gate field effect semiconductor device that is extremely easy to manufacture.

本明細書において、前記非単結晶半導体層は、
アモルフアスシリコン半導体、格子歪を有する結
晶性シリコン半導体、および多結晶シリコン半導
体を含む。また、本明細書において、前記非単結
晶半導体層は、前記アモルフアスシリコン半導体
に含まれるセミアモルフアスシリコン半導体も含
む。
In this specification, the non-single crystal semiconductor layer is
Includes amorphous silicon semiconductors, crystalline silicon semiconductors with lattice strain, and polycrystalline silicon semiconductors. Further, in this specification, the non-single crystal semiconductor layer also includes a semi-amorphous silicon semiconductor included in the amorphous silicon semiconductor.

前記セミアモルフアスシリコン半導体に関して
は、本出願人が先に出願した特願昭55−26388号
(出願日 昭和55年3月3日、セミアモルフアス
シリコン半導体)、特願昭54−58863号(出願日
昭和54年5月14日、半導体装置作製方法)のそれ
ぞれに詳細に記載されている。
Regarding the semi-amorphous silicon semiconductor, Japanese Patent Application No. 55-26388 (filing date: March 3, 1980, semi-amorphous silicon semiconductor) and Japanese Patent Application No. 58863 (1982) filed earlier by the present applicant. Filing date
May 14, 1974, Semiconductor Device Manufacturing Methods), each of which is described in detail.

すなわち、本発明において使用される好適なセ
ミアモルフアスシリコン半導体、たとえば珪素半
導体であつて単結晶性を具備しない半導体は、ガ
ラス基板、多結晶構造のアルミナ等のセラミツク
基板のいずれかの絶縁基板の表面上に形成され
る。
That is, a suitable semi-amorphous silicon semiconductor used in the present invention, for example a silicon semiconductor without single crystallinity, is an insulating substrate such as a glass substrate or a ceramic substrate such as polycrystalline alumina. formed on the surface.

この絶縁基板の表面上に形成されたセミアモル
フアスシリコン半導体は、AM1(100〔mW/cm2〕)
の光エネルギーを与えた場合においても、1×
10-3〔1/Ωcm〕ないし8×10-2〔1/Ωcm〕の電
気−光伝導度が得られる。
The semi-amorphous silicon semiconductor formed on the surface of this insulating substrate is AM1 (100 [mW/cm 2 ])
Even when applying light energy of 1×
An electro-optical conductivity of 10 -3 [1/Ωcm] to 8×10 -2 [1/Ωcm] can be obtained.

また、前記セミアモルフアスシリコン半導体
は、実質的に真性の状態において、1×10-3
〔1/Ωcm〕ないし1×10-5〔1/Ωcm〕の暗伝導
度が得られる。
Further, the semi-amorphous silicon semiconductor has a concentration of 1×10 -3 in a substantially intrinsic state.
A dark conductivity of [1/Ωcm] to 1×10 -5 [1/Ωcm] can be obtained.

前記セミアモルフアスシリコン半導体の光伝導
度および暗伝導度の値は、単結晶シリコン半導体
の1/2ないし1/10である。
The photoconductivity and dark conductivity values of the semi-amorphous silicon semiconductor are 1/2 to 1/10 of those of a single crystal silicon semiconductor.

すなわち、前記セミアモルフアスシリコン半導
体は、光伝導度および暗伝導度において、極めて
優れた特性を有する。
That is, the semi-amorphous silicon semiconductor has extremely excellent properties in terms of photoconductivity and dark conductivity.

このセミアモルフアスシリコン半導体の優れた
特性は、本出願人が実験的に見出したものであ
る。
The excellent properties of this semi-amorphous silicon semiconductor were experimentally discovered by the applicant.

セミアモルフアスシリコン半導体の優れた特性
に関する詳細については、下記文献に一部が発表
されている。
Some details regarding the excellent properties of semi-amorphous silicon semiconductors are published in the following documents.

(1) Appl.Phys.Lett.39(3)、1981、pp.142〜144。(1) Appl.Phys.Lett.39(3), 1981, pp.142-144.

(2) 1981年 春季 応用物理学会講演会1aS5、
「微結晶を含むa−Siの構造観察と光学的・電
気的特性」、第422頁。
(2) 1981 Spring Conference of the Japan Society of Applied Physics 1aS5,
“Structural observation and optical and electrical properties of a-Si containing microcrystals”, p. 422.

(3) 1981年 秋季 第42回 応用物理学会学術講
演会 7a−A−1、7a−A−2、第403頁。
(3) 1981 Autumn 42nd Academic Conference of the Japan Society of Applied Physics 7a-A-1, 7a-A-2, p. 403.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第1図は従来例におけるアモルフアスシリコン
半導体を用いた絶縁ゲート型電界効果半導体装置
の縦断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a conventional insulated gate field effect semiconductor device using an amorphous silicon semiconductor.

第1図において、絶縁基板1上には、前記絶縁
ゲート型電界効果半導体装置のゲート電極3およ
び13が形成されている。このゲート電極3,1
3のそれぞれは、耐熱性材料、たとえばモリブデ
ンにより形成される。
In FIG. 1, gate electrodes 3 and 13 of the insulated gate field effect semiconductor device are formed on an insulating substrate 1. In FIG. This gate electrode 3,1
3 are formed from a heat resistant material, for example molybdenum.

前記ゲート電極3,13のそれぞれの表面上に
形成されたゲート絶縁膜11は、単層膜として構
成される。このゲート絶縁膜11は、CVD法に
よつて酸化珪素膜が形成される。この酸化珪素膜
は、0.1〔μm〕ないし0.5〔μm〕の厚さで形成され
る。
The gate insulating film 11 formed on each surface of the gate electrodes 3 and 13 is configured as a single layer film. This gate insulating film 11 is a silicon oxide film formed by the CVD method. This silicon oxide film is formed with a thickness of 0.1 [μm] to 0.5 [μm].

前記ゲート絶縁膜11の表面上には、アモルフ
アスシリコン半導体5,10のそれぞれが形成さ
れる。アモルフアスシリコン半導体5は、Nチヤ
ネル型絶縁ゲート型電界効果半導体装置12のゲ
ート電極3上にのみ形成される。アモルフアスシ
リコン半導体10は、Pチヤネル型絶縁ゲート型
電界効果半導体装置2のゲート電極13上にのみ
形成される。いずれのアモルフアスシリコン半導
体5,10も選択的フオトエツチング法により形
成される。
Amorphous silicon semiconductors 5 and 10 are formed on the surface of the gate insulating film 11, respectively. Amorphous silicon semiconductor 5 is formed only on gate electrode 3 of N-channel insulated gate field effect semiconductor device 12 . The amorphous silicon semiconductor 10 is formed only on the gate electrode 13 of the P-channel insulated gate field effect semiconductor device 2 . Both amorphous silicon semiconductors 5 and 10 are formed by selective photoetching.

前記Nチヤネル型絶縁ゲート型電界効果半導体
装置12は、N型の半導体層6,7のそれぞれが
選択的フエトエツチングで形成される。このN型
の半導体層6,7のそれぞれは、ソース領域6、
ドレイン領域7のそれぞれとして使用される。
In the N-channel insulated gate field effect semiconductor device 12, each of the N-type semiconductor layers 6 and 7 is formed by selective fetetching. Each of the N-type semiconductor layers 6 and 7 includes a source region 6,
They are used as each of the drain regions 7.

前記Pチヤネル型絶縁ゲート型電界効果半導体
装置2は、真空蒸着法で形成されたアルミニユー
ム膜8,9のそれぞれが選択的フオトエツチング
で形成される。このアルミニユーム膜8,9のそ
れぞれは、ソース領域9、ドレイン領域8のそれ
ぞれとして使用される。
In the P-channel insulated gate field effect semiconductor device 2, each of the aluminum films 8 and 9 formed by vacuum evaporation is formed by selective photoetching. Each of the aluminum films 8 and 9 is used as a source region 9 and a drain region 8, respectively.

前記第1図においては、Pチヤネル型絶縁ゲー
ト型電界効果半導体装置2およびNチヤネル型絶
縁ゲート型電界効果半導体装置12で形成される
CMOSFET(相補型MOSFET)が構成される。
In FIG. 1, it is formed of a P-channel type insulated gate type field effect semiconductor device 2 and an N-channel type insulated gate type field effect semiconductor device 12.
A CMOSFET (complementary MOSFET) is configured.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

前述のNチヤネル型絶縁ゲート型電界効果半導
体装置12(Pチヤネル型絶縁ゲート型電界効果
半導体装置2も同様)においては、以下の点が配
慮されていない。
In the aforementioned N-channel insulated gate field-effect semiconductor device 12 (the same applies to the P-channel insulated-gate field-effect semiconductor device 2), the following points are not taken into consideration.

(1) 前記Nチヤネル型絶縁ゲート型電界効果半導
体装置12は、ゲート絶縁膜11が一層の酸化
珪素膜で形成されている。しかも、このゲート
絶縁膜11は、CVD法で形成されるので、高
密度な膜質を得ることが難しく、かつ珪素−酸
素の反応性に欠ける部分が発生する。
(1) In the N-channel insulated gate field effect semiconductor device 12, the gate insulating film 11 is formed of a single layer of silicon oxide film. Moreover, since this gate insulating film 11 is formed by the CVD method, it is difficult to obtain a high-density film quality, and there are portions that lack silicon-oxygen reactivity.

このため、ゲート絶縁膜11は、ピンホール
が発生しやすく、ゲート電極3とアモルフアス
シリコン半導体5との間に前記ピンホールに基
づくシヨートやリークが発生する。このシヨー
トやリークの発生を防止するには、ゲート絶縁
膜11の膜厚を0.3〔μm〕以上に厚くしなけれ
ばならない。
Therefore, pinholes are likely to occur in the gate insulating film 11, and shoots and leaks occur between the gate electrode 3 and the amorphous silicon semiconductor 5 due to the pinholes. In order to prevent this shot and leakage from occurring, the thickness of the gate insulating film 11 must be increased to 0.3 [μm] or more.

また、前記ゲート絶縁膜11としての酸化珪
素膜とアモルフアスシリコン半導体5との間の
界面部分は、それぞれの膜中に存在する水素が
触媒となり、簡単に化学反応が進行する。この
ため、前記ゲート絶縁膜11、アモルフアスシ
リコン半導体5のそれぞれの膜質は、信頼性が
低下し、併せて特性の劣化が発生していた。
Further, at the interface between the silicon oxide film as the gate insulating film 11 and the amorphous silicon semiconductor 5, hydrogen existing in each film acts as a catalyst, and a chemical reaction easily proceeds. For this reason, the reliability of the film quality of the gate insulating film 11 and the amorphous silicon semiconductor 5 has decreased, and the characteristics have also deteriorated.

シヨートやリークを防止するために、ゲート
絶縁膜11を厚くしなければならないという理
由から、前記Nチヤネル型絶縁ゲート型電界効
果半導体装置12は、ゲート電圧に20〔V〕な
いし60〔V〕の大きな駆動電圧を印加する必要
がある。
Because the gate insulating film 11 must be made thick to prevent shortcuts and leaks, the N-channel insulated gate field effect semiconductor device 12 requires a gate voltage of 20 [V] to 60 [V]. It is necessary to apply a large driving voltage.

すなわち、Nチヤネル型絶縁ゲート型電界効
果半導体装置12は、所謂1.5〔V〕ないし5
〔V〕の低電圧に基づく駆動を実現することが
難しい。
That is, the N-channel insulated gate field effect semiconductor device 12 has a voltage of 1.5 [V] to 5.
It is difficult to realize driving based on a low voltage of [V].

(2) また、前記Nチヤネル型絶縁ゲート型電界効
果半導体装置12は、ゲート電極15のゲート
長方向の両端、アモルフアスシリコン半導体5
の両端、ソース領域6の一端、ドレイン領域7
の一端のそれぞれを精密に位置合せできない。
(2) Furthermore, in the N-channel insulated gate field effect semiconductor device 12, both ends of the gate electrode 15 in the gate length direction, an amorphous silicon semiconductor 5
, one end of the source region 6 , one end of the drain region 7
It is not possible to precisely align each end of the

すなわち、製造上のマスク合せずれに加え
て、絶縁基板(ガラス基板)1の反りや縮み、
および絶縁基板1上の凹凸がある状態で位置合
せが行われるので、1〔μm〕以内の高精度にお
いて、位置合せを行うことは全く不可能に近
い。
That is, in addition to mask misalignment during manufacturing, warpage and shrinkage of the insulating substrate (glass substrate) 1,
Since the alignment is performed in a state where there are irregularities on the insulating substrate 1, it is almost impossible to perform alignment with high accuracy within 1 [μm].

したがつて、Nチヤネル型絶縁ゲート型電界
効果半導体装置12は、製造上、20〔μm〕ない
し〔30μm〕ものトレランス(余裕度)が必要
とされる。
Therefore, the N-channel insulated gate field effect semiconductor device 12 requires a tolerance of 20 [μm] to [30 μm] in manufacturing.

このため、Nチヤネル型絶縁ゲート型電界効
果半導体装置12は、ゲート電極15、高電圧
を印加するドレイン領域7のそれぞれの重複度
が増加し、この増加に伴い、ドレイン領域7に
付加される寄生容量が増加する。この寄生容量
の増加により、ドレイン電圧は、50〔V〕ない
し70〔V〕まで高くしなくてはならない。
Therefore, in the N-channel insulated gate field effect semiconductor device 12, the degree of overlap between the gate electrode 15 and the drain region 7 to which a high voltage is applied increases, and with this increase, parasitic Capacity increases. Due to this increase in parasitic capacitance, the drain voltage must be increased to 50 [V] to 70 [V].

また、前記寄生容量は、製造上、ばらつきも
大きい。したがつて、前記Nチヤネル型絶縁ゲ
ート型電界効果半導体装置12は、実用上の使
用が不可能であつた。
Further, the parasitic capacitance has large variations due to manufacturing. Therefore, the N-channel type insulated gate type field effect semiconductor device 12 cannot be used practically.

(3) また、前記Nチヤネル型絶縁ゲート型電界効
果半導体装置12は、構造敏感性を有するチヤ
ネル形成領域、すなわち、アモルフアスシリコ
ン半導体5の表面に密着し、ソース領域6、ド
レイン領域7のそれぞれが形成される。このソ
ース領域6、ドレイン領域7のそれぞれは、N
型の導電型の不純物が0.5〔%〕ないし2〔%〕
の範囲で多量にドープされた半導体層6,7の
それぞれで形成される。半導体層6,7のそれ
ぞれは、アモルフアスシリコン半導体5の表面
上において、完全にエツチング除去しない限
り、ソース領域6とレイン領域7との間にシヨ
ートが発生する。
(3) Furthermore, the N-channel type insulated gate field effect semiconductor device 12 is in close contact with the channel formation region having structural sensitivity, that is, the surface of the amorphous silicon semiconductor 5, and the source region 6 and the drain region 7, respectively. is formed. Each of the source region 6 and drain region 7 is N
The impurity of the conductivity type of the mold is 0.5 [%] to 2 [%]
The semiconductor layers 6 and 7 are each formed with a large amount of doping in the range of . Unless each of the semiconductor layers 6 and 7 is completely etched away on the surface of the amorphous silicon semiconductor 5, a shot will occur between the source region 6 and the rain region 7.

しかしながら、下側のアモルフアスシリコン
半導体5、上側の半導体層(ソース領域)6お
よび(ドレイン領域)7のそれぞれは、同一主
成分であるので、エツチングの選択比の確保が
難しく、ソース領域6とドレイン領域7との間
にシヨートが発生しやすい。
However, since the lower amorphous silicon semiconductor 5 and the upper semiconductor layers (source region) 6 and (drain region) 7 each have the same main component, it is difficult to ensure etching selectivity, and the source region 6 and Shorts are likely to occur between the drain region 7 and the drain region 7.

(4) さらに、前記アモルフアスシリコン半導体5
の表面は、後の工程においてソース領域6およ
びレイン領域7が形成され、かつNチヤネル型
絶縁ゲート型電界効果半導体装置12が完成し
た後においても、第1図に示すように、空気中
に露呈する。アモルフアスシリコン半導体5
は、構造敏感性を有し、特にアモルフアスシリ
コン系においては微結晶性を有する。
(4) Furthermore, the amorphous silicon semiconductor 5
Even after the source region 6 and the rain region 7 are formed in a later process and the N-channel insulated gate field effect semiconductor device 12 is completed, the surface of the is exposed to the air as shown in FIG. do. Amorphous silicon semiconductor 5
has structural sensitivity, and particularly in amorphous silicon systems, has microcrystallinity.

このため、Nチヤネル型絶縁ゲート型電界効
果半導体装置12は、アモルフアスシリコン半
導体5の膜質や特性に対する低い信頼性と、ば
らつきの大きい製造上の問題とによつて、工業
的に実用化することができなかつた。
For this reason, the N-channel type insulated gate type field effect semiconductor device 12 is difficult to put into practical use industrially due to low reliability of the film quality and characteristics of the amorphous silicon semiconductor 5 and manufacturing problems with large variations. I couldn't do it.

以上、これらの理由から、第1図に示す構造の
絶縁ゲート型電界効果半導体装置は、工業的に実
際に使用することが不適当であつた。
For these reasons, the insulated gate field effect semiconductor device having the structure shown in FIG. 1 is not suitable for actual industrial use.

本発明は、以上のような課題を解決するために
なされたもので、ゲート電極とチヤネル形成領域
との間のピンホールによるリークを防ぎ、しかも
チヤネル形成領域と珪素との間の反応に基づく、
ゲート絶縁膜の膜質もしくは特性の劣化を防ぐこ
とができる、絶縁ゲート型電界効果半導体装置の
作製方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and is capable of preventing leakage due to pinholes between the gate electrode and the channel forming region, and is based on the reaction between the channel forming region and silicon.
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an insulated gate field effect semiconductor device that can prevent deterioration of the film quality or characteristics of a gate insulating film.

また、本発明は、前記目的に加えて、ゲート電
極とドレイン電極との間の寄生容量を減少し、し
かもゲート電極とドレイン領域との間のシヨート
を防ぐことができる、絶縁ゲート型電界効果半導
体装置の作製方法を提供することを目的とする。
In addition to the above object, the present invention also provides an insulated gate field effect semiconductor that can reduce parasitic capacitance between a gate electrode and a drain electrode and prevent shortening between the gate electrode and the drain region. The purpose is to provide a method for manufacturing the device.

さらに、本発明は、前記目的に加えて、チヤネ
ル形成領域の膜質や特性に対する信頼性を向上で
きる、絶縁ゲート型電界効果半導体装置の作製方
法を提供することを目的とする。
Furthermore, in addition to the above-mentioned objects, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an insulated gate field effect semiconductor device that can improve the reliability of the film quality and characteristics of a channel forming region.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

前記目的を達成するために、本発明の絶縁ゲー
ト型電界効果半導体装置の作製方法は、絶縁表面
を有する基板上1に一導電型の半導体または導体
の材料をパターニングしてゲート電極20を形成
する工程と、前記ゲート電極用材料を酸化する工
程を経て、酸化物絶縁膜を前記ゲート電極20の
上面および側面に形成する工程と、前記酸化物絶
縁膜上を窒化珪素膜により覆つて多層膜構成のゲ
ート絶縁膜21を形成する工程と、前記基板21
および絶縁膜21で覆われたゲート電極20上に
マスク形成層220およびフオトレジスト膜を形
成する工程と、前記ゲート電極20をマスクとし
て裏面から露光することによつて形成したフオト
レジスト膜24を用いてマスク形成層22をパタ
ーニングし、ゲート電極20の上面にのみマスク
22を形成する工程と、前記基板1上、ゲート絶
縁膜21の側周辺端部、および前記マスク22上
に不純物が添加された半導体層270を形成する
工程と、上記半導体層270のソース領域29お
よびドレイン領域30となる部分とマスク22上
の部分を残し、かつ、マスク22上の部分に穴を
開けるように上記半導体層270をパターニング
する工程と、前記マスク22をリフトオフするこ
とによつて、前記マスク22上の半導体層270
を除去し、ソース領域29およびドレイン領域3
0を形成する工程と、前記窒化珪素膜、ソース領
域およびドレイン領域上に密接してチヤネル形成
領域27を構成する真性または実質的に真性の水
素が添加された非単結晶半導体層を形成する工程
とからなることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the method for manufacturing an insulated gate field effect semiconductor device of the present invention includes forming a gate electrode 20 by patterning a semiconductor or conductor material of one conductivity type on a substrate 1 having an insulating surface. forming an oxide insulating film on the top and side surfaces of the gate electrode 20 through a step of oxidizing the gate electrode material; and covering the oxide insulating film with a silicon nitride film to form a multilayer film structure. a step of forming the gate insulating film 21 of the substrate 21;
and a step of forming a mask forming layer 220 and a photoresist film on the gate electrode 20 covered with the insulating film 21, and using the photoresist film 24 formed by exposing from the back side using the gate electrode 20 as a mask. patterning the mask forming layer 22 to form the mask 22 only on the upper surface of the gate electrode 20; and doping impurities on the substrate 1, the peripheral edge on the side of the gate insulating film 21, and on the mask 22. A step of forming the semiconductor layer 270, and forming the semiconductor layer 270 in such a way as to leave a portion of the semiconductor layer 270 that will become the source region 29 and drain region 30 and a portion above the mask 22, and to make a hole in the portion above the mask 22. The semiconductor layer 270 on the mask 22 is patterned and lifted off the mask 22.
, and the source region 29 and drain region 3
and a step of forming a non-single crystal semiconductor layer doped with intrinsic or substantially intrinsic hydrogen that forms the channel forming region 27 in close contact with the silicon nitride film, the source region, and the drain region. It is characterized by consisting of.

〔作 用〕[Effect]

本発明は、前述した発明に基づき、絶縁ゲート
型電界効果半導体装置の作製方法において、以下
の作用が得られる。
The present invention is based on the above-described invention and provides the following effects in a method for manufacturing an insulated gate field effect semiconductor device.

本発明の絶縁ゲート型電界効果半導体装置の作
製方法は、以下の作用が得られる。
The method for manufacturing an insulated gate field effect semiconductor device of the present invention provides the following effects.

(1) ゲート電極の上面および側面にゲート絶縁膜
が形成され、前記ゲート電極の両側部にそれぞ
れゲート絶縁膜を介して互いに離間したソース
領域、およびドレイン領域のそれぞれが形成さ
れる。
(1) A gate insulating film is formed on the upper surface and side surfaces of the gate electrode, and a source region and a drain region are formed on both sides of the gate electrode, respectively, and spaced apart from each other with the gate insulating film interposed therebetween.

ソース領域、およびドレイン領域は、前記ゲ
ート電極の両端部の一方にソース領域の端部を
一致させ、かつ他方にドレイン領域の端部を一
致させて形成されるので、前記ゲート電極の両
端部にそれぞれセルフアライメントで形成され
る。
The source region and the drain region are formed by matching the end of the source region with one of the ends of the gate electrode and matching the end of the drain region with the other, so that Each is formed by self-alignment.

(2) 前記作用(1)により、製造上、前記ゲート電極
と、ソース領域およびドレイン領域との間のト
レランスが減少されるので、絶縁ゲート型電界
効果半導体装置のチヤネル長を短チヤネルに形
成できる。
(2) Due to the effect (1), the tolerance between the gate electrode and the source and drain regions is reduced during manufacturing, so that the channel length of the insulated gate field effect semiconductor device can be shortened. .

たとえば、絶縁ゲート型電界効果半導体装置
は、1〔μm〕ないし10〔μm〕と極めて短いチヤ
ネル長とすることができた。
For example, insulated gate field effect semiconductor devices can have extremely short channel lengths of 1 [μm] to 10 [μm].

(3) 前記作用(1)により、前記ゲート電極とソース
領域、ドレイン領域のそれぞれ、特にドレイン
領域との間の重複を減少できるので、前記ドレ
イン領域に付加される寄生容量を減少し、ドレ
イン電圧を低減できる。
(3) Due to the effect (1), it is possible to reduce the overlap between the gate electrode and each of the source and drain regions, especially the drain region, thereby reducing the parasitic capacitance added to the drain region and reducing the drain voltage. can be reduced.

たとえば、絶縁ゲート型電界効果半導体装置
は、ドレイン電圧を40〔V〕ないし80〔V〕から
5〔V〕ないし10〔V〕の範囲に低くできる。
For example, in an insulated gate field effect semiconductor device, the drain voltage can be lowered from 40 to 80 V to 5 to 10 V.

(4) 前記作用(2)により、チヤネル形成領域の抵抗
を減少できるので、絶縁ゲート型電界効果半導
体装置は、高い周波数特性が得られる。
(4) Due to the effect (2), the resistance of the channel formation region can be reduced, so that the insulated gate field effect semiconductor device can obtain high frequency characteristics.

たとえば、絶縁ゲート型電界効果半導体装置
は、1.5〔V〕駆動において、チヤネル形成領域
に微結晶性を有するアモルフアスシリコン半導
体を使用した場合に、10〔MHz〕ないし40〔M
Hz〕の高い周波数特性が得られる。また、絶縁
ゲート型電界効果半導体装置は、チヤネル形成
領域にアモルフアスシリコン半導体を使用した
場合に、10〔〔MHz〕ないし30〔MHz〕の高い周
波数特性が得られる。
For example, when an insulated gate field effect semiconductor device is driven at 1.5 [V] and an amorphous silicon semiconductor having microcrystallinity is used in the channel formation region, the insulated gate field effect semiconductor device has a frequency of 10 [MHz] to 40 [MHz].
Hz] high frequency characteristics can be obtained. Furthermore, when an amorphous silicon semiconductor is used in the channel forming region, an insulated gate field effect semiconductor device can obtain high frequency characteristics of 10 [[MHz] to 30 [MHz]].

(5) 前記作用(1)により、前記ゲート電極の上面
は、ソース領域およびドレイン領域のそれぞれ
の上面と同じ面になるようにその位置が近づけ
られる。すなわち、絶縁ゲート型電界効果半導
体装置は、チヤネル形成領域の下地であるゲー
ト電極の上面、ソース領域の上面、ドレイン領
域の上面のそれぞれが滑らかに連続させ、プレ
ナー構造(平坦化構造)となるように形成され
る。
(5) Due to the effect (1), the upper surface of the gate electrode is brought close to the upper surface of each of the source region and the drain region so that it is on the same plane as each other. In other words, in an insulated gate field effect semiconductor device, the top surface of the gate electrode, which is the base of the channel formation region, the top surface of the source region, and the top surface of the drain region are each smoothly continuous to form a planar structure (flattened structure). is formed.

(6) 前記ゲート電極の両端部に予めソース領域お
よびドレイン領域を形成し、この後にゲート電
極の上面、ソース領域の上面、ドレイン領域の
上面のそれぞれにチヤネル形成領域を形成する
ので、前記チヤネル形成領域に対して、独立に
ソース領域およびドレイン領域の抵抗を制御で
きる。
(6) A source region and a drain region are formed in advance at both ends of the gate electrode, and then channel formation regions are formed on the upper surface of the gate electrode, the upper surface of the source region, and the upper surface of the drain region, so that the channel formation The resistance of the source region and drain region can be controlled independently.

たとえば、絶縁ゲート型電界効果半導体装置
は、ソース領域およびドレイン領域をP型また
はN型の非単結晶半導体、特に多結晶シリコン
半導体で形成することにより、この多結晶シリ
コン半導体の電気伝導度を1〔Ωcm-1〕ないし
100〔Ωcm-1〕に設定できる。
For example, an insulated gate field effect semiconductor device has a source region and a drain region formed of a P-type or N-type non-single crystal semiconductor, particularly a polycrystalline silicon semiconductor, so that the electrical conductivity of the polycrystalline silicon semiconductor is increased to 1. [Ωcm -1 ] or
Can be set to 100 [Ωcm -1 ].

(7) 前記ゲート電極、ソース領域およびドレイン
領域を形成した後に、最終段の工程としてゲー
ト電極の上面、ソース領域の上面、ドレイン領
域の上面のそれぞれにチヤネル形成領域を形成
するので、チヤネル形成領域が構造敏感性を有
する真性またはP型もしくはN型の非単結晶半
導体で形成される場合であつても、製造上の熱
処理等による膜質の変質や特性の変化を極力減
少できる。
(7) After forming the gate electrode, source region, and drain region, a channel formation region is formed on each of the upper surface of the gate electrode, the upper surface of the source region, and the upper surface of the drain region as a final step. Even when the film is formed of an intrinsic, P-type, or N-type non-single crystal semiconductor having structural sensitivity, deterioration of film quality and change in characteristics due to heat treatment during manufacturing can be minimized.

前記チヤネル形成領域としての非単結晶半導
体は、たとえば0.05〔μm〕ないし5〔μm〕の範
囲の厚さが使用され、代表的には0.1〔μm〕な
いし1〔〔μmm〕の厚さが使用される。
The non-single crystal semiconductor used as the channel forming region has a thickness in the range of, for example, 0.05 [μm] to 5 [μm], and typically has a thickness of 0.1 [μm] to 1 [[μmm]]. be done.

さらに、本発明によれば、以下の作用が得られ
る。
Furthermore, according to the present invention, the following effects can be obtained.

(1) 前記絶縁ゲート型電界効果半導体装置をチヤ
ネル長方向に複数個配列し、この配列において
隣接する配列前段の絶縁ゲート型電界効果半導
体装置の一方のソース領域またはドレイン領域
を配列後段の絶縁ゲート型電界効果半導体装置
の他方のドレイン領域またはソース領域と共有
することにより、前記ソース領域またはドレイ
ン領域に相当する占有面積を減少できるので、
集積密度を向上できる。
(1) A plurality of the insulated gate field effect semiconductor devices are arranged in the channel length direction, and in this arrangement, one source region or drain region of the adjacent insulated gate field effect semiconductor device in the preceding stage is connected to the insulated gate in the succeeding stage. By sharing it with the other drain region or source region of the type field effect semiconductor device, the occupied area corresponding to the source region or drain region can be reduced.
Integration density can be improved.

(2) 前記作用(1)により、配列において隣接する配
列前段の絶縁ゲート型電界効果半導体装置の一
方方のソース領域またはドレイン領域と配列後
段の絶縁ゲート型電界効果半導体装置の他方の
ドレイン領域またはソース領域との間のアイソ
レーシヨン領域を廃止できるので、より集積密
度を向上できる。
(2) Due to the effect (1), one source region or drain region of the insulated gate field effect semiconductor device at the front stage of the array and the other drain region or drain region of the insulated gate field effect semiconductor device at the rear stage of the array are adjacent to each other in the array. Since the isolation region between the source region and the source region can be eliminated, the integration density can be further improved.

(3) 前記作用(2)により、前記絶縁ゲート型電界効
果半導体装置をマトリツクス構造に配列して
も、高い集積密度が得られる。
(3) Due to the effect (2), high integration density can be obtained even when the insulated gate field effect semiconductor devices are arranged in a matrix structure.

(4) 前記作用(2)または作用(3)により、前記絶縁基
板に透光性の石英ガラス基板を使用することに
より、イメージセンサを構成できる。このイメ
ージセンサは、1個の絶縁ゲート型電界効果半
導体装置で1セルを構成できる。
(4) According to the effect (2) or the effect (3), an image sensor can be constructed by using a translucent quartz glass substrate as the insulating substrate. In this image sensor, one cell can be constructed from one insulated gate field effect semiconductor device.

(5) 前記作用(2)または作用(3)により、前記絶縁基
板に遮光性のアルミナセラミツク基板を使用す
ることにより、平面パネル液晶デイスプレーを
構成できる。この平面パネル液晶デイスレー
は、アルミナセラミツク基板の表面上に1個の
絶縁ゲート型電界効果半導体装置およびそれに
連結された1個のキヤパシタ(1トランジス
タ・1キヤパシタ構造)で1セル(1ピクセ
ル)を構成できる。前記キヤパシタの電極間に
は液晶が配置される。
(5) According to operation (2) or operation (3), a flat panel liquid crystal display can be constructed by using a light-shielding alumina ceramic substrate as the insulating substrate. This flat panel liquid crystal display consists of one cell (one pixel) consisting of one insulated gate field effect semiconductor device and one capacitor (one transistor/one capacitor structure) connected to it on the surface of an alumina ceramic substrate. can. A liquid crystal is disposed between the electrodes of the capacitor.

(6) 前記作用(2)または作用(3)により、1個の絶縁
ゲート型電界効果半導体装置を1セル(1メモ
リセル)とし、このセルをマトリツクス構造に
複数個配列した不揮発性メモリを構成できる。
(6) By the above action (2) or action (3), one insulated gate field effect semiconductor device is made into one cell (one memory cell), and a nonvolatile memory is configured in which a plurality of these cells are arranged in a matrix structure. can.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.

第2図は本発明の実施例である絶縁ゲート型電
界効果半導体装置の縦端面図である。第3図は本
発明の第1参考例である絶縁ゲート型電界効果半
導体装置の縦断面図である。第4図は本発明の実
施例である絶縁ゲート型電界効果半導体装置の縦
断面図である。第5図Aは本発明の第2参考例で
ある絶縁ゲート型電界効果半導体装置の縦断面図
である。第5図Bは本発明の第3参考例である絶
縁ゲート型電界効果半導体装置の縦断面図であ
る。第6図は本発明の第4参考例であるイメージ
センサのブロツク回路図である。
FIG. 2 is a vertical end view of an insulated gate field effect semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a longitudinal sectional view of an insulated gate field effect semiconductor device which is a first reference example of the present invention. FIG. 4 is a longitudinal sectional view of an insulated gate field effect semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 5A is a longitudinal sectional view of an insulated gate field effect semiconductor device which is a second reference example of the present invention. FIG. 5B is a longitudinal sectional view of an insulated gate field effect semiconductor device according to a third reference example of the present invention. FIG. 6 is a block circuit diagram of an image sensor according to a fourth reference example of the present invention.

第2図において、基板の準備工程から絶縁ゲー
ト型電界効果半導体装置が完成する工程までの全
製作工程のうち、基板の準備工程からゲート絶縁
膜を形成する工程までの前段の作製方法について
説明する。
In FIG. 2, of the entire manufacturing process from the substrate preparation process to the process of completing the insulated gate field effect semiconductor device, the manufacturing method for the first stage from the substrate preparation process to the process of forming the gate insulating film will be explained. .

まず、第2図Aに示すように、絶縁表面を有す
る基板1が準備される。そして、第2図Aに示す
ように、前記基板1の絶縁表面上には、ゲート電
極20、ゲート絶縁膜21、マスク形成層(保護
層)220のそれぞれが順次形成される。
First, as shown in FIG. 2A, a substrate 1 having an insulating surface is prepared. Then, as shown in FIG. 2A, a gate electrode 20, a gate insulating film 21, and a mask forming layer (protective layer) 220 are sequentially formed on the insulating surface of the substrate 1.

前記基板1には、絶縁性を有し、かつ透光性を
有する石英ガラス基板が使用される。
The substrate 1 is a quartz glass substrate that is insulating and translucent.

また、基板1には、絶縁性を有するセラミツク
基板が使用される。
Further, as the substrate 1, a ceramic substrate having insulating properties is used.

前記ゲート電極20は、プラズマ気相法によつ
て形成される。すなわち、ゲート電極20は、基
板1の絶縁表面(被形成面)上にプラズマ気相法
により堆積された非単結晶半導体で形成される。
The gate electrode 20 is formed by a plasma vapor phase method. That is, the gate electrode 20 is formed of a non-single crystal semiconductor deposited on the insulating surface (forming surface) of the substrate 1 by plasma vapor deposition.

前記プラズマ気相法には、反応性気体としてシ
ラン(モノシラン若しくはポリシラン)またはフ
ツ化珪素が使用される。前記反応性基体を希釈す
るキヤリアガスとしては、ヘリユームまたは水素
が使用される。プラズマ気相法は、まず、反応性
気体をキヤリアガスで希釈し、この反応性気体お
よびキヤリアガスを反応炉内に導き、この反応炉
内で反応性気体およびキヤリアガスをプラズマ化
し、反応性気体を分解しかつ反応させることによ
り、基板1の絶縁表面上に非単結晶半導体が形成
される。
In the plasma vapor phase method, silane (monosilane or polysilane) or silicon fluoride is used as a reactive gas. Helium or hydrogen is used as a carrier gas to dilute the reactive substrate. In the plasma gas phase method, first, a reactive gas is diluted with a carrier gas, the reactive gas and carrier gas are introduced into a reactor, and the reactive gas and carrier gas are turned into plasma in the reactor, and the reactive gas is decomposed. By reacting, a non-single crystal semiconductor is formed on the insulating surface of the substrate 1.

前記プラズマ気相法は、0.01〔torr〕ないし10
〔torr〕、たとえば0.3〔torr〕に反応炉内の圧力が
設定される。反応炉内に配置された基板1はは、
100〔℃〕ないし400〔℃〕、たとえば300〔℃〕に加
熱される。前記反応性気体およびキヤリアガスの
プラズマ化は、直流または500〔KHz〕ないし50
〔MHz〕たとえば13.5〔MHz〕の高周波によるアー
ク放電またはグロー放電で行われる。
The above plasma vapor phase method uses 0.01 [torr] to 10
The pressure inside the reactor is set to [torr], for example 0.3 [torr]. The substrate 1 placed in the reactor is
It is heated to 100 [°C] to 400 [°C], for example 300 [°C]. The reactive gas and carrier gas are turned into plasma using direct current or 500 [KHz] to 50
[MHz] For example, arc discharge or glow discharge using a high frequency of 13.5 [MHz] is performed.

さらに、前記プラズマ化は、前記直流または高
周波に、1〔GHz〕ないし10〔GHz〕、たとえば
2.45〔GHz〕のマイクロ波の電磁エネルギーを5
〔W〕ないし200〔W〕の出力として加えたアーク
放電またはグロー放電で行つてもよい。
Furthermore, the plasma generation is performed by applying the direct current or high frequency to 1 [GHz] to 10 [GHz], for example.
The electromagnetic energy of microwaves of 2.45 [GHz] is 5
Arc discharge or glow discharge applied as an output of [W] to 200 [W] may be used.

このような条件下におけるプラズマ気相法によ
つて、基板1の絶縁表面上に微結晶性を有する真
性または実質的に真性の非単結晶半導体が形成さ
れる。この非単結晶半導体は、たとえば0.1〔μm〕
ないし〔1μm〕の厚さで形成される。
By plasma vapor deposition under such conditions, an intrinsic or substantially intrinsic non-single crystal semiconductor having microcrystallinity is formed on the insulating surface of the substrate 1. This non-single crystal semiconductor is, for example, 0.1 [μm]
It is formed with a thickness of 1 μm to 1 μm.

第4図Cに示す完成図から明らかなように、ソ
ース領域29−ドレイン領域30間を流れる電流
は、基板1の絶縁表面と平行な方向に流れる。
As is clear from the completed diagram shown in FIG. 4C, the current flowing between the source region 29 and the drain region 30 flows in a direction parallel to the insulating surface of the substrate 1.

したがつて、本実施例においては、非単結晶半
導体の生成に際し、グロー放電またはアーク放電
の電極の表面に対して基板1の絶縁表面を平行に
配置し、横方向の電気伝導度を大きく設定する。
Therefore, in this example, when generating a non-single crystal semiconductor, the insulating surface of the substrate 1 is arranged parallel to the surface of the electrode for glow discharge or arc discharge, and the lateral electrical conductivity is set to be large. do.

本実施例で使用した同一のプラマCVD装置の
反応炉において、前記非単結晶半導体は、生成温
度の依存性もあるが、たとえば、5〔W〕ないし
200〔W〕のマイクロ波出力の場合、アモルフアス
シリコン半導体として形成される。
In the reactor of the same plasma CVD apparatus used in this example, the non-single crystal semiconductor has a dependence on the formation temperature, for example, 5 [W] or
In the case of a microwave power of 200 [W], it is formed as an amorphous silicon semiconductor.

また、非単結晶半導体は、20〔W〕ないし50
〔W〕のマイクロ波出力の場合、中間領域である
微結晶性を有するアモルフアスシリコン半導体、
すなわち、セミアモルフアスシリコン半導体とし
て形成される。
In addition, non-single crystal semiconductors have a power of 20 [W] to 50
In the case of the microwave output of [W], an amorphous silicon semiconductor with microcrystallinity, which is an intermediate region,
That is, it is formed as a semi-amorphous silicon semiconductor.

また、非単結晶半導体は、80〔W〕ないし200
〔W〕のマイクロ波出力の場合、多結晶シリコン
半導体として形成される。
In addition, non-single crystal semiconductors have a power of 80 [W] to 200
In the case of microwave output of [W], it is formed as a polycrystalline silicon semiconductor.

さらに、非単結晶半導体は、400〔℃〕以上の生
成温度で、しかも50〔W〕以上のマイクロ波出力
の場合、多結晶シリコン半導体として形成され
る。
Further, a non-single crystal semiconductor is formed as a polycrystalline silicon semiconductor at a generation temperature of 400 [° C.] or higher and a microwave output of 50 [W] or higher.

前記アモルフアスシリコン半導体は、シヨート
レンジオーダのオーダリング(何らかの規則性)
を有しているが、結晶性を備えていない。
The amorphous silicon semiconductor has short range ordering (some regularity)
However, it does not have crystallinity.

また、微結晶性を有するアモルフアスシリコン
半導体、すなわちセミアモルフアスシリコン半導
体は、5〔Å〕ないし100〔Å〕のシヨートレンジ
オーダの大きさの格子歪を有する微結晶性を備え
る。
Further, an amorphous silicon semiconductor having microcrystallinity, that is, a semi-amorphous silicon semiconductor has microcrystallinity having lattice strain in the short range order of 5 [Å] to 100 [Å].

これらのアモルフアスシリコン半導体、セミア
モルフアスシリコン半導体のそれぞれは、珪素の
不対結合手を中和させる水素やフツ素の如きハロ
ゲン元素による再結合中心中和剤が0.01〔モル%〕
ないし5〔モル%〕添加されている。
Each of these amorphous silicon semiconductors and semi-amorphous silicon semiconductors has a recombination center neutralizing agent of 0.01 [mol%] by a halogen element such as hydrogen or fluorine that neutralizes the dangling bonds of silicon.
It is added in an amount of 5 to 5 [mol%].

また、前記セミアモルフアスシリコン半導体に
おいては、前記中和剤で相殺できていない不対結
合手を中和するために、リチユーム、ナトリユー
ムまたはカリユームの如きアルカリ金属を1014
〔cm-3〕ないし1018〔cm-3〕の濃度で添加し、耐放
射線性周波数特性の改良を行つてもよい。
In addition, in the semi-amorphous silicon semiconductor, an alkali metal such as lithium, sodium, or potassium is added to the semi-amorphous silicon semiconductor in order to neutralize the dangling bonds that cannot be canceled out by the neutralizing agent .
It may be added at a concentration of [cm -3 ] to 10 18 [cm -3 ] to improve radiation resistance and frequency characteristics.

前記セミアモルフアスシリコン半導体において
は、1×10-6〔1/Ωcm〕ないし3×10-3〔1/Ω
cm〕の暗伝導度が、AM1の条件下にて1×10-3
〔1/Ωcm〕ないし8×10-2〔1/Ωcm〕の光伝導
度が、それぞれ、実験的に得られた。
In the semi-amorphous silicon semiconductor, 1×10 -6 [1/Ωcm] to 3×10 -3 [1/Ωcm]
cm] dark conductivity is 1×10 -3 under AM1 conditions.
Photoconductivities of 1/Ωcm to 8×10 −2 1/Ωcm were obtained experimentally, respectively.

また、アモルフアスシリコン半導体は、10-10
〔1/Ωcm〕ないし10-6〔1/Ωcm〕の暗伝導度
が、10-6〔1/Ωcm〕ないし3×10-4〔1/Ωcm〕
の光伝導度が、それぞれ、実験的に得られた。
In addition, amorphous silicon semiconductor is 10 -10
[1/Ωcm] to 10 -6 [1/Ωcm] dark conductivity is 10 -6 [1/Ωcm] to 3×10 -4 [1/Ωcm]
A photoconductivity of , respectively, was obtained experimentally.

これらのアモルフアスシリコン半導体、セミア
モルフアスシリコン半導体のそれぞれは、実用
上、用途に応じて使い分けられる。
Each of these amorphous silicon semiconductors and semi-amorphous silicon semiconductors can be used depending on the practical use.

前記ゲート電極20として、非単結晶半導体を
P型またはN型の導電型の半導体層に形成する場
合は、前記プラズマ気相法において、反応性基体
に価の不純物または価の不純物が加えられ
る。
When the gate electrode 20 is formed of a non-single crystal semiconductor layer of P-type or N-type conductivity type, a valent impurity or a valence impurity is added to the reactive substrate in the plasma vapor phase method.

価の不純物としては、たとえばジボラン
(B2H6)が使用される。
For example, diborane (B 2 H 6 ) is used as a functional impurity.

ジボランは、反応性気体でであるシランに対し
て0.2〔%〕ないし2〔%〕の割合で添加される。
Diborane is added at a ratio of 0.2% to 2% relative to silane, which is a reactive gas.

また、価の不純物としては、たとえばフオス
フイン(PH3)が使用される。
Further, as a functional impurity, for example, phosphine (PH 3 ) is used.

フオスフインは、シランに対して0.2〔%〕ない
し2〔%〕の割合で添加される。
Phosphine is added at a rate of 0.2% to 2% relative to silane.

前記P型またはN型の導電型の半導体層は、特
に、アモルフアスシリコン半導体として形成され
るのではなく、セミアモルフアスシリコン半導体
または多結晶シリコン半導体として形成される。
In particular, the P-type or N-type conductivity type semiconductor layer is formed not as an amorphous silicon semiconductor but as a semi-amorphous silicon semiconductor or a polycrystalline silicon semiconductor.

これらのセミアモルフアスシリコン半導体、多
結晶シリコン半導体のそれぞれは、0.1ないし100
〔1/Ωcm〕の電気伝導度、しかも0.02〔eV〕の
活性化エネルギーが得られ、添加された不純物の
すべてをアクセプタまたはドナーにすることがで
きる。
Each of these semi-amorphous silicon semiconductors and polycrystalline silicon semiconductors is 0.1 to 100
An electrical conductivity of [1/Ωcm] and an activation energy of 0.02 [eV] can be obtained, and all of the added impurities can be made into acceptors or donors.

なお、前記非単結晶半導体は、減圧気相法を使
用し形成してもよい。
Note that the non-single crystal semiconductor may be formed using a reduced pressure vapor phase method.

結果的に、本実施例のゲート電極20は、P+
型またはN+型の導電型の半導体層、すなわち、
セミアモルフアスシリコン半導体、多結晶シリコ
ン半導体のいずれかで形成される。ゲート電極2
0の膜厚は、0.1〔μm〕ないし0.5〔μm〕の範囲で
形成される。ゲート電極20のゲート長寸法は、
1〔μm〕ないし30〔μm〕、代表的には5〔μm〕な
いし10〔μm〕で形成される。このゲート電極20
のパターニングは、フオトリソグラフイ技術で形
成されたマスクを使用し、エツチング法で行われ
る。
As a result, the gate electrode 20 of this embodiment has P+
type or N+ type conductivity type semiconductor layer, i.e.
It is formed from either a semi-amorphous silicon semiconductor or a polycrystalline silicon semiconductor. Gate electrode 2
The film thickness of 0 is formed in the range of 0.1 [μm] to 0.5 [μm]. The gate length dimension of the gate electrode 20 is
The thickness is 1 [μm] to 30 [μm], typically 5 [μm] to 10 [μm]. This gate electrode 20
The patterning is performed by etching using a mask formed by photolithography.

また、前記ゲート電極20は、モリブデン、タ
ングステン等の耐熱性金属導体、もしくはモリブ
デンシリサイド、タングステンシリサイド等の耐
熱性金属珪化物導体で形成してもよい。
Further, the gate electrode 20 may be formed of a heat-resistant metal conductor such as molybdenum or tungsten, or a heat-resistant metal silicide conductor such as molybdenum silicide or tungsten silicide.

前記ゲート絶縁膜21は、ゲート電極20の上
面および側面に形成されたゲート電極材料の酸化
膜、およびこの酸化膜の表面上に形成された窒化
膜の多層膜から構成される。
The gate insulating film 21 is composed of a multilayer film of an oxide film of the gate electrode material formed on the upper surface and side surfaces of the gate electrode 20, and a nitride film formed on the surface of this oxide film.

前記ゲート絶縁膜21の酸化膜は、熱酸化法ま
たはプラズマ酸化法により形成される。すなわ
ち、本実施例において、ゲート電極20がセミア
モルフアスシリコン半導体、多結晶シリコン半導
体のいずれかで形成されるので、酸化膜は、酸化
珪素膜で形成される。この酸化珪素膜は、たとえ
ば10〔nm〕ないし100〔nm〕の膜厚で形成される。
The oxide film of the gate insulating film 21 is formed by a thermal oxidation method or a plasma oxidation method. That is, in this embodiment, since the gate electrode 20 is formed of either a semi-amorphous silicon semiconductor or a polycrystalline silicon semiconductor, the oxide film is formed of a silicon oxide film. This silicon oxide film is formed to have a thickness of, for example, 10 [nm] to 100 [nm].

前記窒化珪素膜は、たとえば200〔℃〕ないし
1100〔℃〕に加熱された状態において、マイクロ
波で励起されたアンモニア中で形成される。窒化
珪素膜は、たとえば2〔nm〕ないし5〔nm〕の膜
厚で形成される。
The silicon nitride film is heated at a temperature of, for example, 200 [°C] or
It is formed in ammonia heated to 1100 degrees Celsius and excited by microwaves. The silicon nitride film is formed to have a thickness of, for example, 2 [nm] to 5 [nm].

また、前記窒化珪素膜は、減圧気相法を使用
し、たとえば10〔nm〕ないし150〔nm〕の膜厚で
形成してもよい。
Further, the silicon nitride film may be formed to have a thickness of, for example, 10 [nm] to 150 [nm] using a reduced pressure vapor phase method.

このように、ゲート絶縁膜21は、ゲート電極
20の表面を酸化した酸化珪素膜、およびこの酸
化珪素膜の表面上に形成された窒化珪素膜からな
る多層構造で形成される。ゲート絶縁膜21の酸
化珪素膜、窒化珪素膜のそれぞれは、ゲート電極
20の上面および側面に選択的に形成される。
In this way, the gate insulating film 21 is formed with a multilayer structure consisting of a silicon oxide film obtained by oxidizing the surface of the gate electrode 20 and a silicon nitride film formed on the surface of this silicon oxide film. The silicon oxide film and the silicon nitride film of the gate insulating film 21 are selectively formed on the upper surface and side surfaces of the gate electrode 20, respectively.

この結果、ゲート絶縁膜21には、酸化珪素膜
自体にピンホールの発生が少ない。特に、酸化珪
素膜、窒化珪素膜のそれぞれの同一個所にピンホ
ールが発生する確立は極めて少ない。
As a result, in the gate insulating film 21, few pinholes occur in the silicon oxide film itself. In particular, it is extremely unlikely that pinholes will occur at the same location in the silicon oxide film and the silicon nitride film.

すなわち、本実施例のゲート絶縁膜21は、総
合的に、気相法で形成された単層構造のゲート絶
縁膜に比べてピンホールの発生が減少する。
That is, in the gate insulating film 21 of this embodiment, the occurrence of pinholes is generally reduced compared to a gate insulating film having a single layer structure formed by a vapor phase method.

前記ゲート絶縁膜21を従来のように単層構造
の窒化珪素膜で形成し、しかもこの窒化珪素膜を
減圧気相法で形成した場合においては、ゲート電
極20のコーナ部のカバレツジが悪いので、この
部分にピンホールが発生しやすく、リークの原因
になる。
When the gate insulating film 21 is formed of a single-layer silicon nitride film as in the conventional case, and this silicon nitride film is formed by a low pressure vapor phase method, coverage of the corner portions of the gate electrode 20 is poor. Pinholes are likely to form in this area, causing leaks.

この点においても、本実施例のゲート絶縁膜2
1は、ゲート電極20の表面に酸化法によりピン
ホールの極めて少ない酸化珪素膜が予め形成され
ているので、ゲート電極20と後に形成されるチ
ヤネル形成領域27(第4図B参照)との間のリ
ークを防ぐことができる。
In this respect as well, the gate insulating film 2 of this embodiment
1, since a silicon oxide film with extremely few pinholes is previously formed on the surface of the gate electrode 20 by an oxidation method, there is a gap between the gate electrode 20 and the channel forming region 27 (see FIG. 4B) that will be formed later. can prevent leaks.

また、前記ゲート絶縁膜21を構成する窒化珪
素膜は、水素を通さない特性を有する。
Furthermore, the silicon nitride film constituting the gate insulating film 21 has a property of not allowing hydrogen to pass through.

すなわち、ゲート絶縁膜21の下層の酸化珪素
膜、ゲート絶縁膜21の表面上に形成されるチヤ
ネル形成領域27のそれぞれの間は、ゲート絶縁
膜21を構成する窒化珪素膜により水素の通過が
遮断される。
That is, the passage of hydrogen is blocked between the silicon oxide film underlying the gate insulating film 21 and the channel forming region 27 formed on the surface of the gate insulating film 21 by the silicon nitride film forming the gate insulating film 21. be done.

前記ゲート絶縁膜21を構成する酸化珪素膜に
ピンホールが存在しない場合であつても、酸化珪
素膜の構成要素である酸素は、チヤネル形成領域
27を構成する水素を含んだ珪素に直接接触すれ
ば、互いに反応し、酸化珪素膜の膜質や特性の劣
化の原因になる。
Even if there is no pinhole in the silicon oxide film constituting the gate insulating film 21, oxygen, which is a component of the silicon oxide film, may come into direct contact with the hydrogen-containing silicon constituting the channel forming region 27. If so, they may react with each other, causing deterioration of the film quality and characteristics of the silicon oxide film.

すなわち、ゲート絶縁膜21の内の一層を構成
する窒化珪素膜は、水素や酸素のブロツキングを
行なうので、ゲート絶縁膜21の内の他の層を構
成する酸化珪素膜の膜質の劣化を防ぐことができ
る。
That is, since the silicon nitride film constituting one layer of the gate insulating film 21 blocks hydrogen and oxygen, deterioration of the film quality of the silicon oxide film constituting the other layer of the gate insulating film 21 can be prevented. I can do it.

前記ゲート絶縁膜21の表面上に形成されたマ
スク形成層220は、減圧気相法で堆積した酸化
珪素膜または回転塗布層で塗布した耐熱性ポリイ
ミド樹脂(PIQ)膜で形成される。マスク形成層
220としての酸化珪素膜または耐熱性ポリイミ
ド樹脂膜は、0.5〔μm〕ないし3〔μm〕、代表的に
は0.1〔μm〕ないし1.5〔μm〕の膜厚で形成する。
The mask forming layer 220 formed on the surface of the gate insulating film 21 is formed of a silicon oxide film deposited by a low pressure vapor phase method or a heat resistant polyimide resin (PIQ) film coated by a spin coating layer. The silicon oxide film or heat-resistant polyimide resin film as the mask forming layer 220 is formed to have a thickness of 0.5 [μm] to 3 [μm], typically 0.1 [μm] to 1.5 [μm].

次に、第2図Bに示すように、前記マスク形成
層220の表面上の全面には、図示されていない
フオトレジスト膜が塗付される。そして、このフ
オトレジスト膜は、パターニングされ、フオトレ
ジスト膜からマスク24が形成される。
Next, as shown in FIG. 2B, a photoresist film (not shown) is applied to the entire surface of the mask forming layer 220. This photoresist film is then patterned to form a mask 24 from the photoresist film.

前記フオトレジスト膜としては負(ネガテイブ
タイプ)のフオトレジスト膜が使用される。この
フオトレジスト膜は、基板1の下方向から紫外線
23が照射され、ゲート電極20をマスク24と
して露光される。
As the photoresist film, a negative type photoresist film is used. This photoresist film is irradiated with ultraviolet rays 23 from below the substrate 1 and exposed using the gate electrode 20 as a mask 24.

すなわち、フオトレジスト膜は、露光後、現像
処理およびリンス処理が施されると、ゲート電極
20の上面にのみマスク24として残され、それ
以外の領域が除される。しかも、前記マスク24
は、ゲート電極20に対してセルフアライメント
で形成される。
That is, when the photoresist film is subjected to a development process and a rinsing process after exposure, it remains only on the upper surface of the gate electrode 20 as a mask 24, and other areas are removed. Moreover, the mask 24
is formed in self-alignment with respect to the gate electrode 20.

次に、第2図Cに示すように、マスク24によ
つて、マスク形成層220は、パターニングされ
れ、このマスク形成層220からマスク22が形
成される。その後、前記マスク24は、除去され
る。
Next, as shown in FIG. 2C, the mask forming layer 220 is patterned using the mask 24, and the mask 22 is formed from this mask forming layer 220. The mask 24 is then removed.

前記マスク形成層220としては酸化珪素膜が
使用される場合、パターニングは、フツ酸系のエ
ツチング液を使用した溶法により行われる。
When a silicon oxide film is used as the mask forming layer 220, patterning is performed by a solution method using a hydrofluoric acid-based etching solution.

また、マスク形成層220として耐熱性ポリイ
ミド樹脂膜が使用される場合、パターニングは、
ヒドラジン系のエツチング液を使用した溶去によ
り行われる。
Furthermore, when a heat-resistant polyimide resin film is used as the mask forming layer 220, the patterning is performed as follows.
This is done by elution using a hydrazine-based etching solution.

前記マスク22は、そのパターニングを行うマ
スク24がゲート電極20に対してセルフアライ
メントで形成されるので、結果的にゲート電極2
0に対してセルフアライメントで形成される。
The mask 22 is formed in self-alignment with the gate electrode 20 because the mask 24 for patterning it is self-aligned with the gate electrode 20.
It is formed by self-alignment with respect to 0.

同第2図Cに示すように、本実施例によれば、
基板1の絶縁表面上に形成されたゲート電極20
の上面25および側面がゲート絶縁膜21で囲ま
れる構造になる。
As shown in FIG. 2C, according to this embodiment,
Gate electrode 20 formed on the insulating surface of substrate 1
The upper surface 25 and side surfaces of the gate insulating film 21 are surrounded by the gate insulating film 21.

また、前記ゲート電極20の上面25にこのゲ
ート電極20の両端に略一致させた同一形状のマ
スク22を形成した構造になる。
Further, a mask 22 having the same shape is formed on the upper surface 25 of the gate electrode 20 so as to substantially match both ends of the gate electrode 20.

(第1参考例) 次に、本発明の第1参考例について、第3図の
縦断面図を使用して説明する。
(First Reference Example) Next, a first reference example of the present invention will be described using the vertical cross-sectional view of FIG. 3.

本参考例は、前記実施例の製作方法と同様に、
1枚のマスク24を使用し、ゲート電極20およ
びマスク22を形成する方法であるが、前記マス
ク24が基板1の上方向から露光される方法であ
る。
In this reference example, similar to the manufacturing method of the above example,
In this method, the gate electrode 20 and the mask 22 are formed using one mask 24, and the mask 24 is exposed to light from above the substrate 1.

まず、第3図Aに示すように、基板1を準備
し、この基板1の絶縁表面上にゲート電極形成層
200、ゲート絶縁膜形成層210、マスク形成
層220のそれぞれを順次形成する。
First, as shown in FIG. 3A, a substrate 1 is prepared, and a gate electrode forming layer 200, a gate insulating film forming layer 210, and a mask forming layer 220 are sequentially formed on the insulating surface of the substrate 1.

次に、同第3図Aに示すように、マスク形成層
220の表面上にマスク24が選択的に形成され
る。
Next, as shown in FIG. 3A, a mask 24 is selectively formed on the surface of the mask forming layer 220.

前記基板1には、前述と同様に、石英ガラス基
板またはセラミツク基板が使用される。
As the substrate 1, a quartz glass substrate or a ceramic substrate is used as described above.

前記ゲート電極形成層200は、前述と同様
に、非単結晶半導体、たとえばP型またはN型の
導電型の半導体層が使用される。また、ゲート電
極形成層200は、耐熱性金属導体もしくは耐熱
性金属珪化物導体が使用される。
As described above, the gate electrode forming layer 200 is made of a non-single crystal semiconductor, for example, a P-type or N-type conductivity type semiconductor layer. Furthermore, for the gate electrode forming layer 200, a heat-resistant metal conductor or a heat-resistant metal silicide conductor is used.

前記ゲート絶縁膜形成層210は、前述と同様
に、ゲート電極形成層200の表面を酸化法によ
り形成した酸化珪素膜(または金属酸化膜)、お
よびこの酸化珪素膜の表面上に形成された窒化珪
素膜からなる多層膜構造である。
As described above, the gate insulating film forming layer 210 includes a silicon oxide film (or metal oxide film) formed on the surface of the gate electrode forming layer 200 by an oxidation method, and a nitride film formed on the surface of this silicon oxide film. It has a multilayer structure made of silicon film.

前記マスク形成層220には、前述と同様に、
酸化珪素膜または耐熱性ポリイミド樹脂膜が使用
される。
The mask forming layer 220 includes, as described above,
A silicon oxide film or a heat-resistant polyimide resin film is used.

前記マスク24は、マスク形成層220の表面
上の全面に回転塗布法で塗布されたフオトレジス
ト膜に、露光処理、現像処理、リンス処理のそれ
ぞれを順次行い、ゲート電極20の大きさにパタ
ーニングされて形成される。前記フオトレジスト
膜は、基本的に負、正(アクテイブタイプ)のい
ずれのものを使用してもよい。フオトレジスト膜
の露光は、基板1の上方向から紫外線を照射す
る。
The mask 24 is formed by sequentially exposing, developing, and rinsing a photoresist film coated on the entire surface of the mask forming layer 220 by a spin coating method, and patterning it to the size of the gate electrode 20. It is formed by The photoresist film may basically be either negative or positive (active type). To expose the photoresist film, ultraviolet rays are irradiated from above the substrate 1 .

次に、第3図Bに示すように、マスク24を使
用し、マスク形成層220、ゲート絶縁膜形成層
210、ゲート電極形成層200のそれぞれを順
次パターニングし、マスク22、ゲート絶縁膜2
1およびゲート電極20が形成される。
Next, as shown in FIG. 3B, using the mask 24, the mask forming layer 220, the gate insulating film forming layer 210, and the gate electrode forming layer 200 are sequentially patterned.
1 and a gate electrode 20 are formed.

すなわち、マスク22、ゲート絶縁膜21、ゲ
ート電極20のそれぞれは、1枚のマスク24を
基準にパターニングされ、しかもマスク24に対
してセルフアライメントで形成される。
That is, each of the mask 22, the gate insulating film 21, and the gate electrode 20 is patterned based on one mask 24, and is formed in self-alignment with respect to the mask 24.

次に、前記マスク24は、除去される。そし
て、第3図Cに示すように、前記ゲート電極20
の露呈する側面に絶縁膜26が形成される。
Next, the mask 24 is removed. Then, as shown in FIG. 3C, the gate electrode 20
An insulating film 26 is formed on the exposed side surface.

前記絶縁膜26は、ゲート絶縁膜21と同様
に、酸化珪素膜およびこの酸化珪素膜の表面上に
形成された窒化珪素膜からなる多層膜構造であ
る。
The insulating film 26, like the gate insulating film 21, has a multilayer structure consisting of a silicon oxide film and a silicon nitride film formed on the surface of the silicon oxide film.

前記絶縁膜26の酸化珪素膜は、熱酸化法また
はプラズマ酸化法で形成される。前記プラズマ酸
化法による酸化温度が100〔℃〕ないし300〔℃〕の
範囲においては、マスク22として耐熱性ポリイ
ミド樹脂膜が使用できる。
The silicon oxide film of the insulating film 26 is formed by a thermal oxidation method or a plasma oxidation method. When the oxidation temperature by the plasma oxidation method is in the range of 100 [°C] to 300 [°C], a heat-resistant polyimide resin film can be used as the mask 22.

また、酸化温度が600〔℃〕以上、特に製造上使
用される1000〔℃〕ないし1150〔℃〕の範囲におい
ては、耐熱性を超えてしまうので、マスク22と
してのCVD法でで形成される酸化珪素膜が使用
される。
Furthermore, if the oxidation temperature is 600 [°C] or higher, especially in the range of 1000 [°C] to 1150 [°C] used for manufacturing, the heat resistance will be exceeded, so the mask 22 cannot be formed using the CVD method. A silicon oxide film is used.

前記絶縁膜26を構成する窒化珪素膜は、プラ
ズマ窒化法で形成される。このプラズマ窒化法が
行われると、マスク24の露呈する表面も窒化さ
れるが、この窒化膜は、後工程において簡単に除
去することができる。
The silicon nitride film constituting the insulating film 26 is formed by a plasma nitriding method. When this plasma nitriding method is performed, the exposed surface of the mask 24 is also nitrided, but this nitride film can be easily removed in a subsequent step.

同第3図Cに示すように、本参考例によれば、
前記第1実施例と同様に、基板1の絶縁表面上に
形成されたゲート電極20の上面がゲート絶縁膜
21で囲まれ、かつ側面が絶縁膜26で囲まれる
構造になる。
As shown in FIG. 3C, according to this reference example,
Similar to the first embodiment, the upper surface of the gate electrode 20 formed on the insulating surface of the substrate 1 is surrounded by the gate insulating film 21, and the side surfaces are surrounded by the insulating film 26.

また、前記ゲート電極20の上面にこのゲート
電極20の両端に略一致させた同一形状のマスク
22を形成した構造になる。
Further, a mask 22 having the same shape is formed on the upper surface of the gate electrode 20 and substantially coincides with both ends of the gate electrode 20.

また、本参考例においては、前記第3図Bに示
すマスク22を形成した後に、このマスク22に
選択的にサイドエツチングを行い、マスク22を
スリムな形状に形成してもよい。このスリムな形
状に形成されるマスク22は、後工程(本実施例
の第4図C参照)において、リフトオフ法による
除去が容易に行なえる。
Further, in this reference example, after forming the mask 22 shown in FIG. 3B, selective side etching may be performed on the mask 22 to form the mask 22 into a slim shape. The mask 22 formed in this slim shape can be easily removed by a lift-off method in a post-process (see FIG. 4C of this embodiment).

また、本実施例においては、ゲート電極20の
上面のゲート絶縁膜21、側面の絶縁膜26のそ
れぞれの膜厚を独立に制御できる。すなわち、ゲ
ート絶縁膜21の膜厚を薄く、たとえば10〔nm〕
ないし100〔nm〕の膜厚に設定すれば、絶縁ゲー
ト型電界効果半導体装置は、低電圧駆動が実現で
きる。
Furthermore, in this embodiment, the thicknesses of the gate insulating film 21 on the top surface of the gate electrode 20 and the insulating film 26 on the side surfaces can be controlled independently. That is, the thickness of the gate insulating film 21 is reduced, for example, to 10 [nm].
By setting the film thickness to 100 nm to 100 nm, an insulated gate field effect semiconductor device can be driven at a low voltage.

一方、絶縁膜26の膜厚を厚く、たとえば20
〔nm〕ないし400〔nm〕の膜厚に設定すれば、ゲ
ート電極20と特にドレイン領域30との間に発
生する寄生容量を減少することができる。
On the other hand, the thickness of the insulating film 26 is increased, for example, by 20 mm.
By setting the film thickness to [nm] to 400 [nm], the parasitic capacitance generated between the gate electrode 20 and the drain region 30 in particular can be reduced.

本実施例は、ゲート絶縁膜21を形成する工程
以後、絶縁ゲート型電界効果半導体装置が完成す
る工程までの製作方法について、第4図の縦断面
図を使用して説明する。
In this embodiment, a manufacturing method from the step of forming the gate insulating film 21 to the step of completing the insulated gate field effect semiconductor device will be explained using the longitudinal cross-sectional view of FIG. 4.

本実施例は、第2図Cに示す工程以後の工程か
ら説明する。
This embodiment will be explained from the steps after the step shown in FIG. 2C.

本実施例の製作方法は、前記第1参考例である
第3図Cに示す工程以後の工程から行なつても同
様である。
The manufacturing method of this embodiment is the same even if it is performed from the steps after the step shown in FIG. 3C, which is the first reference example.

前記本実施例である第2図Cに示す工程、すな
わちゲート電極20、ゲート絶縁膜21、および
マスク22(第1マスク)が形成されたた工程
の後、第4図Aに示すように、半導体層270、
マスク28(第2マスク)のそれぞれが順次形
成される。
After the step shown in FIG. 2C of this embodiment, that is, the step in which the gate electrode 20, gate insulating film 21, and mask 22 (first mask) are formed, as shown in FIG. 4A, semiconductor layer 270,
Each of the masks 28 (second masks) is formed in sequence.

前記半導体層270は、マスク22、絶縁膜2
1等の表面を覆つて、すなわち、少なくともゲー
ト電極20の両端部におけるそれぞれのソース領
域29およびドレイン領域30の形成部分を覆つ
て形成される。
The semiconductor layer 270 includes a mask 22 and an insulating film 2.
1, that is, at least the portions where the source region 29 and drain region 30 are formed at both ends of the gate electrode 20.

半導体層270は、前記ゲート電極20と同様
の形成方法において形成される。半導体層270
は、Nチヤネル型絶縁ゲート型電界効果半導体装
置の場合、N型不純物が、また、Pチヤネル型絶
縁ゲート型電界効果半導体装置の場合、P型不純
物が、それぞれ添加される。半導体層270は、
0.1〔μm〕ないし0.5〔μm〕の膜厚で形成される。
The semiconductor layer 270 is formed using the same method as the gate electrode 20. semiconductor layer 270
In the case of an N-channel insulated gate field effect semiconductor device, an N-type impurity is added, and in the case of a P-channel insulated gate field-effect semiconductor device, a P-type impurity is added. The semiconductor layer 270 is
It is formed with a film thickness of 0.1 [μm] to 0.5 [μm].

前記マスク28は、半導体層270の表面上に
形成される。この半導体層270は、ソース領域
29およびドレイン領域30となる部分とマスク
22上の部分を残し、かつマスク22上の部分に
穴を開けるようにパターニングされる。
The mask 28 is formed on the surface of the semiconductor layer 270. This semiconductor layer 270 is patterned to leave a portion that will become the source region 29 and drain region 30 and a portion above the mask 22, and to form a hole in the portion above the mask 22.

前記マスク22をリフトオフすることによつ
て、前記マスク22上の半導体層270が除去さ
れて、ソース領域29およびドレイン領域30が
形成される。
By lifting off the mask 22, the semiconductor layer 270 on the mask 22 is removed, and a source region 29 and a drain region 30 are formed.

前記リフトオフ法によるマスク22の溶去は、
酸化珪素膜が使用される場合、フツ酸系のエツチ
ング液で行う。また、マスク22の溶去は、耐熱
性ポリイミド樹脂膜が使用される場合はヒドラジ
ン系のエツチング液で行う。
The mask 22 is dissolved by the lift-off method,
When a silicon oxide film is used, a hydrofluoric acid-based etching solution is used. Furthermore, when a heat-resistant polyimide resin film is used, the mask 22 is removed using a hydrazine-based etching solution.

また、前記マスク22の溶去においては、エツ
チングに併用して、軽い超音波振動が加えられ
る。
Further, in removing the mask 22, light ultrasonic vibration is applied in combination with etching.

前記ソース領域29とその下地表面との接着強
度、ドレイン領域30とその下地表面との接着強
度のそれぞれに比べて、マスク22とその下地表
面であるゲート絶縁膜21の表面との接着強度が
弱いので、超音波振動の併用により、マスク22
はすべべて除去される。
The adhesive strength between the mask 22 and the surface of the gate insulating film 21, which is the underlying surface thereof, is weaker than the adhesive strength between the source region 29 and its underlying surface, and the adhesive strength between the drain region 30 and its underlying surface. Therefore, by using ultrasonic vibration, the mask 22
are all removed.

このように、前記マスク22は、選択的に除去
されるので、結果的にリフトオフ法により除去さ
れたことになる。
In this way, the mask 22 is selectively removed, and as a result, it is removed by the lift-off method.

前述のソース領域29およびドレイン領域30
のそれぞれは、ゲート電極20の両端部のそれぞ
れに離間して形成される。また、ソース領域29
およびドレイン領域30は、一対の不純物領域と
して形成される。
The aforementioned source region 29 and drain region 30
are formed separately at both ends of the gate electrode 20. In addition, the source area 29
and drain region 30 are formed as a pair of impurity regions.

前記ソース領域29およびドレイン領域30の
それぞれのゲート電極20側の一側面は、ゲート
絶縁膜21を介して、ゲート電極20の側面に隣
接する。
One side surface of each of the source region 29 and drain region 30 on the gate electrode 20 side is adjacent to the side surface of the gate electrode 20 with the gate insulating film 21 interposed therebetween.

すなわち、ゲート電極20における両側面のう
ちの一方の側面は、ソース領域29の一側面と略
一致した状態で形成される。同様に、ゲート電極
20における両側面のうちの他方の側面は、ドレ
イン領域30の一側面と略一致した状態で形成さ
れる。
That is, one of the two side surfaces of the gate electrode 20 is formed to substantially coincide with one side surface of the source region 29 . Similarly, the other side of the both sides of the gate electrode 20 is formed to substantially coincide with one side of the drain region 30.

結果的に、ソース領域29およびドレイン領域
30のそれぞれは、ゲート電極20に対してセル
フアラインで形成される。しかも、ゲート電極2
0とソース領域29およびドレイン領域30との
間の製造上の位置合わせは、実質的に1枚のマス
ク22(第1マスク)で行われる。
As a result, each of source region 29 and drain region 30 is formed in self-alignment with respect to gate electrode 20. Moreover, the gate electrode 2
The manufacturing alignment between the source region 29 and the drain region 30 is substantially performed using one mask 22 (first mask).

さらに、このマスク22は、前述の実施例(第
2図参照)において説明したように、1枚のマス
ク24を基準に形成され、このマスク24に対し
てセルフアライメントで形成される。
Furthermore, as explained in the previous embodiment (see FIG. 2), this mask 22 is formed based on one mask 24, and is formed in self-alignment with respect to this mask 24.

これまでの工程によつて、ゲート電極20、ゲ
ート絶縁膜21、ソース領域29およびドレイン
領域30が形成された。
Through the steps so far, the gate electrode 20, gate insulating film 21, source region 29, and drain region 30 were formed.

前述のように、ゲート絶縁膜21は、ゲート電
極20の上面、およびゲート電極20の側面に形
成される。
As described above, the gate insulating film 21 is formed on the upper surface of the gate electrode 20 and the side surfaces of the gate electrode 20.

ソース領域29およびドレイン領域30のそれ
ぞれは、前記実施例に示したプラズマ気相法によ
る真性、または実質的に真性であるが導電型を有
し、かつ構造敏感性を有する半導体層270で形
成される。このソース領域29およびドレイン領
域30のそれぞれは、ゲート絶縁膜21のそれぞ
れの特に窒化珪素膜に密着して形成される。
Each of the source region 29 and the drain region 30 is formed of an intrinsic semiconductor layer 270 or a substantially intrinsic semiconductor layer 270 which has a conductivity type and is structurally sensitive by the plasma vapor deposition method shown in the above embodiment. Ru. Each of the source region 29 and drain region 30 is formed in close contact with each of the gate insulating films 21, particularly the silicon nitride film.

さらに、ソース領域29およびドレイン領域3
0のそれぞれは、ゲート電極20の両端部のそれ
ぞれにおいて、基板1の絶縁表面上に形成され
る。
Furthermore, source region 29 and drain region 3
0 are formed on the insulating surface of the substrate 1 at each of both ends of the gate electrode 20 .

次に、第4図Bに示すように、前記ゲート電極
20、ソース領域29およびドレイン領域30の
それぞれの上面にチヤネル形成領域27が形成さ
れる。チヤネル形成領域27は、ゲート電極20
の上面にゲート絶縁膜21を介して形成される。
Next, as shown in FIG. 4B, a channel forming region 27 is formed on the upper surface of each of the gate electrode 20, source region 29, and drain region 30. The channel forming region 27 is connected to the gate electrode 20
The gate insulating film 21 is formed on the upper surface of the gate insulating film 21 .

また、チヤネル形成領域27は、ソース領域2
9およびドレイン領域30のそれぞれの上面に直
接密接し形成される。チヤネル形成領域27は、
第4図Bに示すフオトマスク(第3マスク)を
使用してパターニングされる。
Further, the channel forming region 27 is located in the source region 2
9 and the drain region 30 are formed directly in close contact with each other. The channel forming region 27 is
Patterning is performed using a photomask (third mask) shown in FIG. 4B.

前記チヤネル形成領域27は、微結晶性を有す
るセミアモルフアスシリコン半導体層で形成する
ことが好ましい。このセミアモルフアスシリコン
半導体層で形成されるチヤネル形成領域27は、
絶縁ゲート型電界効果半導体装置の高速動作を実
現できる。
The channel forming region 27 is preferably formed of a semi-amorphous silicon semiconductor layer having microcrystalline properties. The channel forming region 27 formed of this semi-amorphous silicon semiconductor layer is
High-speed operation of an insulated gate field effect semiconductor device can be realized.

また、前記フオトマスク(第3マスク)でパ
ターニングされる前に、チヤネル形成領域27の
表面に絶縁膜を形成してもよい。この絶縁膜は、
チヤネル形成領域27の特性の劣化を防ぐことが
できる。
Furthermore, an insulating film may be formed on the surface of the channel forming region 27 before patterning with the photomask (third mask). This insulating film is
Deterioration of the characteristics of the channel forming region 27 can be prevented.

また、前記フオトマスク(第3マスク)によ
るパターニングは、ゲート電極20の上面のゲー
ト絶縁膜21の端部を同時に除去でき、ソース領
域取出し電極38およびドレイン領域取出し電極
39と共に、ゲート取出し電極36が形成され
る。
Furthermore, the patterning using the photomask (third mask) can simultaneously remove the edge of the gate insulating film 21 on the upper surface of the gate electrode 20, and the gate extraction electrode 36 is formed together with the source region extraction electrode 38 and the drain region extraction electrode 39. be done.

以上の工程を行うことにより、3枚のフオトマ
スク、すなわち、第1マスク、第2マスク、
および第3マスクを使用し、基板板1の絶縁表
面上に絶縁ゲート型電界効果半導体装置が形成さ
れる。しかも、絶縁ゲート型電界効果半導体装置
は、プレナー構造で形成される。
By performing the above steps, three photomasks, namely, the first mask, the second mask,
and a third mask, an insulated gate field effect semiconductor device is formed on the insulating surface of the substrate plate 1. Moreover, the insulated gate field effect semiconductor device is formed with a planar structure.

次に、前記第4図Cに示すように、絶縁ゲート
型電界効果半導体装置の上面には、層間絶縁膜6
5がコーテイングされる。そして、この層間絶縁
膜65には、電極穴66が形成される。その後、
電極67,68および69が形成される。
Next, as shown in FIG. 4C, an interlayer insulating film 6 is formed on the upper surface of the insulated gate field effect semiconductor device.
5 is coated. Then, electrode holes 66 are formed in this interlayer insulating film 65. after that,
Electrodes 67, 68 and 69 are formed.

前記層間絶縁膜65は、たとえば耐熱性ポリイ
ミド樹脂を使用する。電極69は、コンタクト部
41でソース領域取出し電極38に連結される。
The interlayer insulating film 65 is made of, for example, heat-resistant polyimide resin. The electrode 69 is connected to the source region extraction electrode 38 at the contact portion 41 .

電極67は、コンタクト部40でドレイン領域
取出し電極39に連結される。電極68は、ゲー
ト取出し電極36に連結される。
The electrode 67 is connected to the drain region extraction electrode 39 at the contact portion 40 . Electrode 68 is connected to gate extraction electrode 36 .

以上説明したように、本実施例は、基板1の絶
縁表面上にゲート電極20を形成する工程、この
ゲート電極20を囲むゲート絶縁膜21を形成す
る工程、前記ゲート電極20にセルフアライメン
トで、しかも基板1の絶縁表面に密接したプレナ
ー構造で一対のソース領域29およびドレイン領
域30を形成する工程、最終工程において最も構
造敏感性を有する半導体層からチヤネル形成領域
27を形成する工程を備えている。そして、絶縁
ゲート型電界効果半導体装置は、上記各工程を順
次実施することによつて得られる。
As explained above, this embodiment includes a step of forming the gate electrode 20 on the insulating surface of the substrate 1, a step of forming the gate insulating film 21 surrounding the gate electrode 20, and a step of self-aligning the gate electrode 20. Moreover, it includes a step of forming a pair of source regions 29 and a drain region 30 in a planar structure in close contact with the insulating surface of the substrate 1, and a step of forming a channel forming region 27 from a semiconductor layer having the highest structural sensitivity in the final step. . Then, an insulated gate field effect semiconductor device can be obtained by sequentially performing each of the above steps.

上記工程は、3枚のフオトマスク(第1マスク
、第2マスク、および第3マスク)でプレ
ナー構造の絶縁ゲート型電界効果半導体装置が得
られる。
In the above process, an insulated gate field effect semiconductor device with a planar structure is obtained using three photomasks (first mask, second mask, and third mask).

また、上記工程に2枚のフオトマスク(第4図
C)において、パターンおよびを形成するマ
スク)を加えることにより、絶縁ゲート型電界効
果半導体装置における2層配線が採用される。
Further, by adding two photomasks (masks for forming patterns and in FIG. 4C) to the above process, a two-layer wiring in an insulated gate field effect semiconductor device is adopted.

また、前記絶縁ゲート型電界効果半導体装置
(または薄膜トランジスタとも呼ばれる)のゲー
ト電極20、ソース領域29、ドレイン領域30
のそれぞれがマスク24に対してセルフアライメ
ントで形成されるので、絶縁ゲート型電界効果半
導体装置のチヤネル長を1〔μm〕ないし10〔μm〕
の範囲まで小さくできる。
Furthermore, the gate electrode 20, source region 29, and drain region 30 of the insulated gate field effect semiconductor device (also referred to as a thin film transistor)
are formed in self-alignment with respect to the mask 24, so the channel length of the insulated gate field effect semiconductor device is set to 1 [μm] to 10 [μm].
It can be reduced to a range of .

また、前記絶縁ゲート型電界効果半導体装置
は、チヤネル形成領域27に微結晶性を有するア
モルフアスシリコン半導体を使用し、横方向の電
流を流すことができるので、周波数特性を向上で
きる。
Further, the insulated gate field effect semiconductor device uses an amorphous silicon semiconductor having microcrystalline properties in the channel forming region 27, and can flow a current in the lateral direction, so that frequency characteristics can be improved.

たとえば、絶縁ゲート型電界効果半導体装置で
11段のリングオシレータを試作した場合、10〔M
Hz〕ないし100〔MHz〕の周波数特性が得られた。
For example, in an insulated gate field effect semiconductor device,
If you prototype an 11-stage ring oscillator, 10 [M
Hz] to 100[MHz] frequency characteristics were obtained.

(第2参考例) 本参考例は、前記実施例の絶縁ゲート型電界効
果半導体装置を使用し、最大の実装密度を得るた
めのものである。
(Second Reference Example) This reference example uses the insulated gate field effect semiconductor device of the above embodiment to obtain the maximum packaging density.

本参考例である絶縁ゲート型電界効果半導体装
置の縦断面構造について、第5図Aを使用して説
明する。
The vertical cross-sectional structure of an insulated gate field effect semiconductor device according to this reference example will be explained using FIG. 5A.

本参考例は、第5図Aに示すように、基板1の
絶縁表面上に1つの絶縁ゲート型電界効果半導体
装置40と、他の絶縁ゲート型電界効果半導体装
置41とが互いに隣合つて配置される。この絶縁
ゲート型電界効果半導体装置40,41のそれぞ
れの間には、アイソレーシヨン領域が設けられて
いない。
In this reference example, as shown in FIG. 5A, one insulated gate field effect semiconductor device 40 and another insulated gate field effect semiconductor device 41 are arranged adjacent to each other on the insulating surface of the substrate 1. be done. No isolation region is provided between each of the insulated gate field effect semiconductor devices 40 and 41.

前記1つの絶縁ゲート型電界効果半導体装置4
0は、ゲート電極20、ゲート絶縁膜21、ソー
ス領域29、ドレイン領域30、およびチヤネル
形成領域27から構成されている。他の絶縁ゲー
ト型電界効果半導体装置41は、ゲート電極2
0′、ゲート絶縁膜21′、ソース領域29′、ド
レイン領域30、およびチヤネル形成領域27′
から構成されている。
The one insulated gate field effect semiconductor device 4
0 is composed of a gate electrode 20, a gate insulating film 21, a source region 29, a drain region 30, and a channel forming region 27. Another insulated gate field effect semiconductor device 41 has a gate electrode 2
0', gate insulating film 21', source region 29', drain region 30, and channel forming region 27'
It consists of

前記1つの絶縁ゲート型電界効果半導体装置4
0のドレイン領域30は、他の絶縁ゲート型電界
効果半導体装置41のドレイン領域30と共用さ
れる。同様に、1つの絶縁ゲート型電界効果半導
体装置40のソース領域29は、さらにその隣の
絶縁ゲート型電界効果半導体装置43のソース領
域29と共用される。他の絶縁ゲート型電界効果
半導体装置41のソース領域29′は、さらにそ
の隣の絶縁ゲート型電界効果半導体装置42のソ
ース領域29′と共用される。
The one insulated gate field effect semiconductor device 4
The drain region 30 of No. 0 is shared with the drain region 30 of another insulated gate field effect semiconductor device 41. Similarly, the source region 29 of one insulated gate field effect semiconductor device 40 is shared with the source region 29 of the adjacent insulated gate field effect semiconductor device 43. The source region 29' of another insulated gate field effect semiconductor device 41 is further shared with the source region 29' of the adjacent insulated gate field effect semiconductor device 42.

そして、ゲート電極20,20′のそれぞれは、
紙面に対して垂直方向にゲート取出し電極および
リードが形成される。同様に、ソース領域29、
29′のそれぞれは、紙面に対して垂直方向に、
しかも前記ゲート取出し電極およびリードに平行
に、ソース領域取出し電極およびリードが形成さ
れる。
Each of the gate electrodes 20 and 20' is
Gate extraction electrodes and leads are formed in a direction perpendicular to the plane of the paper. Similarly, source region 29,
29' in the direction perpendicular to the plane of the paper,
Moreover, a source region lead electrode and lead are formed parallel to the gate lead electrode and lead.

これに対して、図中、左右方向に列をなす複数
の絶縁ゲート型電界効果半導体装置のそれぞれの
ドレイン領域30は、紙面に対して垂直方向に隣
接して配列された他の列をなす他の絶縁ゲート型
電界効果半導体装置のそれぞれのドレイン領域3
0に対して電気的に分離されている。1列の中
で、複数の絶縁ゲート型電界効果半導体装置のド
レイン領域30は、左右方向に伸びるリード50
で連結される。このリード50は、層間絶縁膜6
5の表面上に形成される。
On the other hand, in the figure, the drain regions 30 of each of the plurality of insulated gate field effect semiconductor devices arranged in a row in the left-right direction are connected to the drain regions 30 of each of the plurality of insulated gate field-effect semiconductor devices arranged in a row in the left-right direction. Each drain region 3 of the insulated gate field effect semiconductor device
electrically isolated from zero. In one row, the drain regions 30 of a plurality of insulated gate field effect semiconductor devices are connected to leads 50 extending in the left-right direction.
are connected. This lead 50 is connected to the interlayer insulating film 6
Formed on the surface of 5.

このように、複数の絶縁ゲート型電界効果半導
体装置は、マトリツクス構造で配置され、最密実
装配列をなす。
In this manner, the plurality of insulated gate field effect semiconductor devices are arranged in a matrix structure, forming a close-packed arrangement.

第6図は、前記最密実装配列をなす絶縁ゲート
型電界効果半導体装置の集積構造をブロツク回路
図として示したものである。第5図Aに付された
符号は、第6図に付された符号に対応させてあ
る。
FIG. 6 is a block circuit diagram showing the integrated structure of the insulated gate field effect semiconductor device in the close-packed arrangement. The reference numerals in FIG. 5A correspond to the reference numerals in FIG. 6.

第6図に示すように、マトリツクス構造は、行
方向に3個、列方向に4個、合計1個の絶縁ゲー
ト型電界効果半導体装置で構成されるセルが配列
される。
As shown in FIG. 6, in the matrix structure, cells each composed of one insulated gate type field effect semiconductor device are arranged, three in the row direction and four in the column direction.

第6図中、左側には、X方向(行)のデコーダ
およびライバー73が配置される。第6図中、上
側には、Y方向(列)のデコーダおよびドライバ
ー74が配置される。
In FIG. 6, a decoder and driver 73 in the X direction (row) is arranged on the left side. In FIG. 6, a Y-direction (column) decoder and driver 74 are arranged on the upper side.

第6図中、破線で囲んだ領域72の縦断面構造
は、前記第5図Aに縦断面図として示されてい
る。
The vertical cross-sectional structure of the region 72 surrounded by the broken line in FIG. 6 is shown as a vertical cross-sectional view in FIG. 5A.

この第6図に示すブロツク回路図は、イメージ
センサを示すものである。このイメージセンサ
は、基板1に透光性を有するものが使用される。
The block circuit diagram shown in FIG. 6 shows an image sensor. In this image sensor, a substrate 1 having translucency is used.

イメージセンサは、入射光で得られた電気信号
がデコーダおよびドライバー73,74のそれぞ
れの制御信号により横方向に移送され、この移送
された信号が検出信号として出力される。
In the image sensor, an electrical signal obtained from incident light is transferred laterally by control signals of the decoder and drivers 73 and 74, and this transferred signal is output as a detection signal.

たとえば、セル(1、1)においては、デコー
ダおよびドライバー74の制御信号5,75′の
それぞれにより、選択的に光検出が行われる。
For example, in cell (1, 1), light detection is selectively performed by control signals 5 and 75' of the decoder and driver 74, respectively.

また、セル(2、1)においては、デコーダお
よびドライバー74の制御信号76,76′のそ
れぞれにより、選択的に光検出が行われる。
Further, in the cell (2, 1), light detection is selectively performed by control signals 76 and 76' of the decoder and driver 74, respectively.

前述の如く、絶縁ゲート型電界効果半導体装置
のチヤネル形成領域27は、非単結晶半導体で構
成される。この非単結晶半導体の移動度は、単結
晶半導体の移動度ほど大きくない。
As described above, the channel forming region 27 of the insulated gate field effect semiconductor device is made of a non-single crystal semiconductor. The mobility of this non-single crystal semiconductor is not as high as that of a single crystal semiconductor.

したがつて、たとえば絶縁ゲート型電界効果半
導体装置40で構成されるセル(1、2)と他の
絶縁ゲート型電界効果半導体装置で構成されるセ
ル(2、2)との間のフイールド絶縁物が廃止で
きる。
Therefore, for example, a field insulator between a cell (1, 2) constituted by the insulated gate field effect semiconductor device 40 and a cell (2, 2) constituted by another insulated gate field effect semiconductor device. can be abolished.

さらに、このフイールド絶縁物を廃止した分、
製造工程数が減少できる。また、1つのセルサイ
ズにフイールド絶縁物の占有面積が加算されない
ので、結果的に1つのセルサイズを小さくでき
る。
Furthermore, by eliminating this field insulator,
The number of manufacturing steps can be reduced. Furthermore, since the area occupied by the field insulator is not added to the size of one cell, the size of one cell can be reduced as a result.

前記イメージセンサは、光検出を行う場合、基
板1の下方向からではなく上方向から、直接、セ
ルのチヤネル形成領域(活性半導体層)27に光
を照射し、セルの光検出感度を向上してもよい。
When performing photodetection, the image sensor irradiates light directly onto the channel forming region (active semiconductor layer) 27 of the cell from above, rather than from below, to improve the photodetection sensitivity of the cell. It's okay.

(第3参考例) 本参考例は、本実施例の絶縁ゲート型電界効果
半導体装置を使用し、不揮発性メモリを構成した
ものである。
(Third Reference Example) In this reference example, a nonvolatile memory is constructed using the insulated gate field effect semiconductor device of this embodiment.

本参考例である絶縁ゲート型電界効果半導体装
置の縦断面構造について、第5図B使用して説明
する。
The vertical cross-sectional structure of the insulated gate field effect semiconductor device according to this reference example will be explained using FIG. 5B.

第5図Bに示すように、不揮発性メモリは、基
板1の絶縁表面上に絶縁ゲート型電界効果半導体
装置40,41のそれぞれが配置される。前記第
2参考例と同様に、絶縁ゲート型電界効果半導体
装置40,41のそれぞれのドレイン領域30は
共用される。また、絶縁ゲート型電界効果半導体
装置40のソース領域29はさらに隣りの絶縁ゲ
ート型電界効果半導体装置のソース領域29に共
用され、絶縁ゲート型電界効果半導体装置41の
ソース領域29′はさらに隣の絶縁ゲート型電界
効果半導体装置のソース領域29′に共用される。
As shown in FIG. 5B, in the nonvolatile memory, insulated gate field effect semiconductor devices 40 and 41 are arranged on the insulating surface of the substrate 1, respectively. Similar to the second reference example, the drain regions 30 of the insulated gate field effect semiconductor devices 40 and 41 are shared. Further, the source region 29 of the insulated gate field effect semiconductor device 40 is shared by the source region 29 of an adjacent insulated gate field effect semiconductor device, and the source region 29' of the insulated gate field effect semiconductor device 41 is further shared by the source region 29 of the adjacent insulated gate field effect semiconductor device. It is shared by the source region 29' of the insulated gate field effect semiconductor device.

前記絶縁ゲート型電界効果半導体装置40,4
1のそれぞれは、ゲート絶縁膜21が、絶縁物で
形成される電荷捕穫中心層91、この電荷捕穫中
心層91の下面を囲む絶縁膜90、および電荷捕
穫中心層91の上面、側面周囲のそれぞれを囲む
絶縁膜92で構成される。
The insulated gate field effect semiconductor device 40, 4
1, the gate insulating film 21 includes a charge trapping center layer 91 formed of an insulator, an insulating film 90 surrounding the lower surface of the charge trapping center layer 91, and an upper surface and side surfaces of the charge trapping center layer 91. It is composed of an insulating film 92 surrounding each of the peripheries.

前記電荷捕獲中心層91は、絶縁膜に変えて、
半導体、特に非単結晶構造を有するシリコン半導
体層(非単結晶半導体)、もしくはゲルマニユー
ム、または金属のクラスタもしくは薄膜を使用し
てもよい。
The charge trapping center layer 91 is replaced with an insulating film,
Semiconductors, in particular silicon semiconductor layers with a non-monocrystalline structure (non-monocrystalline semiconductors) or germanium, or metal clusters or thin films may also be used.

前記不揮発性メモリは、1つの絶縁ゲート型電
界効果半導体装置40,41のそれぞれがそれぞ
れ1ビツトのメモリセルとして構成される。
In the nonvolatile memory, each insulated gate field effect semiconductor device 40, 41 is configured as a 1-bit memory cell.

このように、本参考例によれば、単結晶珪素を
主体に構成される絶縁ゲート型電界効果半導体装
置を有する不揮発性メモリと同様に、集積化され
た不揮発性メモリが得られる。
In this manner, according to this reference example, an integrated nonvolatile memory can be obtained, similar to a nonvolatile memory having an insulated gate field effect semiconductor device mainly composed of single crystal silicon.

また、前記第5図Bに示すゲート絶縁膜21
は、第1参考例の第3図に示すゲート絶縁膜21
を形成する工程と同様に形成してもよい。すなわ
ち、ゲート絶縁膜21は、まず、第3図A図示と
同様に、第1の絶縁膜90、半導体層(電荷捕穫
中心層)91、第2の絶縁膜92のそれぞれが順
次積層され、その後、前記第3図Cに示す工程に
おいて、前記半導体層91の側面周囲を酸化し、
この半導体層91の側面周囲に絶縁膜92を形成
することにより形成される。
Furthermore, the gate insulating film 21 shown in FIG. 5B is
is the gate insulating film 21 shown in FIG. 3 of the first reference example.
It may be formed in the same manner as the step of forming. That is, the gate insulating film 21 is formed by sequentially stacking a first insulating film 90, a semiconductor layer (charge trapping center layer) 91, and a second insulating film 92, as shown in FIG. 3A. After that, in the step shown in FIG. 3C, the periphery of the side surface of the semiconductor layer 91 is oxidized,
It is formed by forming an insulating film 92 around the side surfaces of this semiconductor layer 91.

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明
は、前記実施例に限定されるものではない。そし
て、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱す
ることがなければ、種々の設計変更を行うことが
できる。
Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiments. Various design changes can be made without departing from the scope of the invention as set forth in the claims.

たとえば、本発明は、シリコン半導体を中心と
して説明したが、このシリコン半導体に代えて、
SixC1-x(0≦x<1)、SiN4-x(0<x<4)を使
用してもよい。
For example, although the present invention has been described with a focus on silicon semiconductors, instead of this silicon semiconductor,
Si x C 1-x (0≦x<1) and SiN 4-x (0<x<4) may also be used.

また、本発明は、シリコン半導体に代えて、ゲ
ルマニユームもしくは−族化合物半導体を使
用してもよい。
Furthermore, in the present invention, germanium or - group compound semiconductors may be used instead of silicon semiconductors.

以上説明したように、本発明の実施例によれ
ば、以下の効果が得られる。
As explained above, according to the embodiments of the present invention, the following effects can be obtained.

(1) 絶縁ゲート型電界効果半導体装置において、
基板1の絶縁表面上にゲート電極20を形成す
る工程と、このゲート電極20の表面に酸化法
で酸化珪素膜を形成し、かつこの酸化珪素膜の
表面上に窒化珪素膜を形成し、多層膜構造のゲ
ート絶縁膜21を形成する工程と、前記ゲート
絶縁膜21の窒化珪素膜に密接して水素が添加
された非単結晶半導体からなるチヤネル形成領
域27を形成する工程とを備える。
(1) In an insulated gate field effect semiconductor device,
A step of forming a gate electrode 20 on the insulating surface of the substrate 1, forming a silicon oxide film on the surface of the gate electrode 20 by an oxidation method, and forming a silicon nitride film on the surface of this silicon oxide film, thereby forming a multilayer structure. The method includes a step of forming a gate insulating film 21 having a film structure, and a step of forming a channel forming region 27 made of a non-single crystal semiconductor to which hydrogen is added in close contact with the silicon nitride film of the gate insulating film 21.

この構成により、前記ゲート絶縁膜21の酸
化珪素膜とチヤネル形成領域27との間に窒化
珪素膜を介在したので、水素を媒介させた信頼
性低下の反応を防ぐことができる。
With this configuration, since the silicon nitride film is interposed between the silicon oxide film of the gate insulating film 21 and the channel forming region 27, it is possible to prevent a reaction mediated by hydrogen that lowers reliability.

また、前記ゲート電極20の表面に緻密な酸
化珪素膜を形成したので、窒化珪素膜、特に窒
化珪素膜のゲート電極20のコーナ部分にピン
ホールが発生しても、ゲート電極20とチヤネ
ル形成領域27との間のシヨートを防ぐことが
できる。ゲート絶縁膜21の酸化珪素膜は、酸
化法で形成されるので、ゲート電極20の上
面、側面、コーナ部分のいずれにおいても同じ
厚さで形成され、いずれにおいても同等の能力
でピンホールを防ぐことができる。
In addition, since a dense silicon oxide film is formed on the surface of the gate electrode 20, even if a pinhole occurs in the silicon nitride film, especially in the corner portion of the gate electrode 20 of the silicon nitride film, the gate electrode 20 and the channel forming region 27 can be prevented. Since the silicon oxide film of the gate insulating film 21 is formed by an oxidation method, it is formed with the same thickness on the top surface, side surfaces, and corner portions of the gate electrode 20, and has the same ability to prevent pinholes in each region. be able to.

(2) 絶縁ゲート型電界効果半導体装置において、
ゲート電極20の両端部のそれぞれにゲート絶
縁膜21を介してソース領域29、ドレイン領
域30のそれぞれの一端を概略一致させて形成
できる。
(2) In an insulated gate field effect semiconductor device,
One end of the source region 29 and one end of the drain region 30 can be formed at each end of the gate electrode 20 with the gate insulating film 21 interposed therebetween so as to substantially coincide with each other.

(3) 絶縁ゲート型電界効果半導体装置において、
回路構成の工夫と、非単結晶半導体の特性の利
用とにより、前記複数の絶縁ゲート型電界効果
半導体装置のそれぞれのソース領域29、もし
くはドレイン領域30を共用でき、しかも周囲
のアイソレーシヨン領域を減少できる。
(3) In an insulated gate field effect semiconductor device,
By devising the circuit configuration and utilizing the characteristics of non-single crystal semiconductors, the source region 29 or drain region 30 of each of the plurality of insulated gate field effect semiconductor devices can be shared, and the surrounding isolation region can be used in common. Can be reduced.

(4) 前記効果(2)または効果(3)により、絶縁ゲート
型電界効果半導体装置の集積密度を向上でき
る。
(4) Due to the effect (2) or effect (3), the integration density of the insulated gate field effect semiconductor device can be improved.

(5) 絶縁ゲート型電界効果半導体装置において、
チヤネル長を短チヤネルに形成できるので、ゲ
ート電圧の低電圧化、ドレイン電圧の低電圧化
のいずれも実現できる。
(5) In an insulated gate field effect semiconductor device,
Since the channel length can be shortened, both the gate voltage and the drain voltage can be reduced.

たとえば、絶縁ゲート型電界効果半導体装置
は、チヤネル長を1〔μm〕ないし10〔μm〕にで
きる。また、絶縁ゲート型電界効果半導体装置
は、ゲート電圧、ドレイン電圧が共に従来の40
〔V〕ないし80〔V〕から5〔V〕ないし10〔V〕
に低電圧化できる。
For example, an insulated gate field effect semiconductor device can have a channel length of 1 [μm] to 10 [μm]. In addition, the insulated gate field effect semiconductor device has a gate voltage and a drain voltage of 40% compared to the conventional one.
[V] to 80 [V] to 5 [V] to 10 [V]
It is possible to lower the voltage.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上、本発明によれば、以下の効果が得られ
る。
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.

(1) ゲート電極自体を酸化することによつて得ら
れた酸化絶縁膜は、堆積法によつて形成された
ゲート絶縁膜と比較して、薄いにもかかわら
ず、ゲート電極とチヤネル形成領域との間にピ
ンホールができず、リークを防ぐことができ
る。
(1) Although the oxide insulating film obtained by oxidizing the gate electrode itself is thinner than the gate insulating film formed by the deposition method, it is difficult to connect the gate electrode to the channel formation region. There are no pinholes between the two, which prevents leaks.

また、チヤネル形成領域における水素あるい
は珪素と酸化絶縁膜における酸素の間の反応、
およびゲート電極の金属とチヤネル形成領域と
の反応は、酸化絶縁膜とその上に形成された窒
化珪素膜との多層構成によつて防ぐことができ
るため、絶縁ゲート型電界効果半導体装置にお
ける性の劣化を防ぐことができる。
In addition, the reaction between hydrogen or silicon in the channel forming region and oxygen in the oxide insulating film,
The reaction between the metal of the gate electrode and the channel forming region can be prevented by the multilayer structure of the oxide insulating film and the silicon nitride film formed thereon. Deterioration can be prevented.

(2) 前記効果に加えて、ゲート電極とドレイン領
域との間の寄生容量を減少し、しかもゲート電
極とドレイン領域との間のシヨートを防ぐこと
ができる絶縁ゲート型電界効果半導体装置の作
製方法を提供できる。
(2) In addition to the above effects, a method for manufacturing an insulated gate field effect semiconductor device that can reduce the parasitic capacitance between the gate electrode and the drain region and prevent shorts between the gate electrode and the drain region. can be provided.

(3) 前記効果に加えて、チヤネル形成領域の膜質
や特性に対する信頼性を向上できる絶縁ゲート
型電界効果半導体装置の作製方法を提供でき
る。
(3) In addition to the above-mentioned effects, it is possible to provide a method for manufacturing an insulated gate field effect semiconductor device that can improve the reliability of the film quality and characteristics of the channel forming region.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、従来の半導体装置の縦断面図であ
る。第2図は本発明の実施例である絶縁ゲート型
電界効果半導体装置の縦端面図である。第3図は
本発明の第1参考例である絶縁ゲート型電界効果
半導体装置の縦断面図である。第4図は本発明の
実施例である絶縁ゲート型電界効果半導体装置の
縦断面図である。第5図Aは本発明の第2参考例
である絶縁ゲート型電界効果半導体装置の縦断面
図である。第5図Bは本発明の第3参考例である
絶縁ゲート型電界効果半導体装置の縦断面図であ
る。第6図は本発明の第4参考例であるイメージ
センサのブロツク回路図である。 1……基板、20,20′……ゲート電極、2
1,21′……ゲート絶縁膜、22,24,28
……マスク、23……紫外線、26……絶縁膜、
27,27′……チヤネル形成領域、29,2
9′……ソース領域、30……ドレイン領域、4
0,41,42,43……絶縁ゲート型電界効果
半導体装置、200……ゲート電極形成層、21
0……ゲート絶縁膜形成層、220……マスク形
成層。
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a conventional semiconductor device. FIG. 2 is a vertical end view of an insulated gate field effect semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a longitudinal sectional view of an insulated gate field effect semiconductor device which is a first reference example of the present invention. FIG. 4 is a longitudinal sectional view of an insulated gate field effect semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 5A is a longitudinal sectional view of an insulated gate field effect semiconductor device which is a second reference example of the present invention. FIG. 5B is a longitudinal sectional view of an insulated gate field effect semiconductor device according to a third reference example of the present invention. FIG. 6 is a block circuit diagram of an image sensor according to a fourth reference example of the present invention. 1...Substrate, 20, 20'...Gate electrode, 2
1, 21'...gate insulating film, 22, 24, 28
...Mask, 23...Ultraviolet light, 26...Insulating film,
27, 27'... Channel forming region, 29, 2
9'... Source region, 30... Drain region, 4
0, 41, 42, 43... Insulated gate field effect semiconductor device, 200... Gate electrode forming layer, 21
0... Gate insulating film forming layer, 220... Mask forming layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 絶縁表面を有する基板上に一導電型の半導体
または導体の材料をパターニングしてゲート電極
を形成する工程と、 前記ゲート電極用材料を酸化する工程を経て、
酸化物絶縁膜を前記ゲート電極の上面および側面
に形成する工程と、 前記酸化物絶縁膜上を窒化珪素膜により覆つて
多層膜構成のゲート絶縁膜を形成する工程と、 前記基板および絶縁膜で覆われたゲート電極上
にマスク形成層およびフオトレジスト膜を形成す
る工程と、 前記ゲート電極をマスクとして裏面から露光す
ることによつて形成したフオトレジスト膜を用い
てマスク形成層をパターニングし、ゲート電極の
上面にのみマスクを形成する工程と、 前記基板上、ゲート絶縁膜の側周辺端部、およ
び前記マスク上に不純物が添加された半導体層を
形成する工程と、 上記半導体層のソース領域およびドレイン領域
となる部分とマスク上の部分を残し、かつ、マス
ク上の部分に穴を開けるように上記半導体層をパ
ターニングする工程と、 前記マスクをリフトオフすることによつて、前
記マスク上の半導体層を除去し、ソース領域およ
びドレイン領域を形成する工程と、 前記窒化珪素膜、ソース領域およびドレイン領
域上に密接してチヤネル形成領域を構成する真性
または実質的に真性の水素が添加された非単結晶
半導体層を形成する工程と、 からなることを特徴とした絶縁ゲート型電界効果
半導体装置の作製方法。
[Claims] 1. A process of forming a gate electrode by patterning a semiconductor or conductor material of one conductivity type on a substrate having an insulating surface, and a process of oxidizing the gate electrode material,
forming an oxide insulating film on the top and side surfaces of the gate electrode; forming a multilayer gate insulating film by covering the oxide insulating film with a silicon nitride film; forming a mask forming layer and a photoresist film on the covered gate electrode; patterning the mask forming layer using the photoresist film formed by exposing the gate electrode from the back surface using the gate electrode as a mask; a step of forming a mask only on the upper surface of the electrode; a step of forming a semiconductor layer doped with impurities on the substrate, a side peripheral edge of the gate insulating film, and the mask; a source region of the semiconductor layer; patterning the semiconductor layer so as to leave a portion that will become the drain region and a portion on the mask, and to make a hole in the portion on the mask; and lifting off the mask to remove the semiconductor layer on the mask. forming a channel forming region in close contact with the silicon nitride film, the source region and the drain region; A method for manufacturing an insulated gate field effect semiconductor device, comprising the steps of: forming a crystalline semiconductor layer;
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